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1、黄河科技学院毕业设计(论文)第39页绪论步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机，就传统的步进电机来说，步进电动机可简单的定义为，根据输入的脉冲信号每改变一次励磁状态就前进一定角度，若不改变则保持一定的位置而静止的电动机。从广义上讲，步进电动机是一种受电脉冲信号控制的无刷式直流电动机，也可看作是在一定频率范围内转速与控制脉冲同步的同步电动机。由于用可编程控制器（PLC）对步进电机进行控制价格比较贵，而单片机由于其运算速度和精度已得到广泛的应用，尤其在工业过程控制及仪表中，单片机对于步进电机的精确控制具有特别重要的意义。它具有体积小、是实现机电一体化的理想控制装置等显著优点，因此本文利用单片机
2、来控制步进电机，介绍了控制系统研制中需要认识与解决的若干问题，给出了控制系统方案及软硬件结构的设计思路。目前它在许多领域尤其是在机械加工行业中的应用日益广泛。步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，它的用途是将电脉冲转化为角位移，通俗地说：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（步进角）。通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时通过控制单片机的脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 步进电机最大特征即是能够简单的做到高精度的定位控制。单片机控制步进电机的系统构成简单，不需要速度感应器及位置传感器，就能以输
3、入的脉波做速度及位置的控制。也因其属开回路控制，故最适合于短距离、高频度、高精度之定位控制的场合下使用。同时步进电机在中低速时具有较大的转矩，故能够较同级伺服电机提供更大的扭力输出。使用步进电机装置与使用离合器、减速机及极限开关等其它装置相较，步进电机的故障及误动作少，所以在检查及保养时也较简单容易。步进电机体积小、扭力大，尽管于狭窄的空间内，仍可顺利做安装，并提供高转矩输出。步进电机具有优越的控制特性,而单片机控制步进电机的系统也将会得到广泛的应用。共39页黄河科技学院毕业设计(论文)第39页第1章步进电机概述1.1步进电机简述步进电机（也称脉冲电机）是一种跟踪脉冲信号来控制转角和转速
4、、并适合微控制器控制的电机。下面我们还是主要介绍它的转动控制。步进电机又称脉冲电机,是数字控制系统中的一种执行元件,其功能是将脉冲电信号变换成相应的角位移或者线位移.通俗来说,即给一个脉冲电信号,电机就转动一个角度或前进一步。1.1.1步进电机结构以及工作原理步进电机按照其结构以及工作原理分为反应式步进电机,混合式步进电机,永磁式步进电机和特种步进电机。1.1.1.1步进电机结构电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。1/3τ、2/3τ,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以τ表示），即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3τ，C与齿3向右错开2
5、/3τ，A'与齿5相对齐（A'就是A，齿5就是齿1）,下图1-1是定转子的展开图：图1-1定转子的展开图1.1.1.2步进电机工作原理如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力以下均同）。如B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3τ，此时齿3与C偏移为1/3τ，齿4与A偏移τ-1/3τ=2/3τ。如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3τ，此时齿4与A偏移为1/3τ对齐。如A相通电，B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3τ.这样经过A、B、C、A分别通电状态，齿4（即齿1前一齿）移到A相，电
6、机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A，B，C，A……通电，电机就每步（每脉冲）1/3τ,向右旋转。如按A，C，B，A……共39页黄河科技学院毕业设计(论文)第39页通电，电机就反转。由此可见：电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。不过，出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用A-AB-B-BC-C-CA-A这种导电状态，这样将原来每步1/3τ改变为1/6τ。甚至于通过二相电流不同的组合，使其1/3τ变为1/12τ，1/24τ，这就是电机细分驱动的基本理论依据。反应式步进电机可以按照特定的指令旋转某一角度进行角度控制,也可以连续不断的
7、转动进行控制.角度控制时,每输入一个脉冲,定子绕组就换接一次,输出轴就转过一个角度,其步数与脉冲数一致,输出轴转过的角位移量输入脉冲数成正比。速度控制时,步进电机绕组中送入的是连续脉冲,各相脉冲不断的通断,步进电机连续运转,它的转速与脉冲频率成正比.由齿矩角的计算公式360°/ZN;(N为运行拍数)每输入一个脉冲,转子转过的角度整个圆周角的也就是转过1/ZN转。因此每分钟转子所转过的圆周数。即转速为:n=60f/ZN(转/分)f为控
