步进电机工作原理及编程

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1、步进电机工作原理与编程本章将介绍在嵌入式平台UP－NETARM2410－S中步进电机的实现。步进电机在各个领域诸如机器人、智能控制、工业控制等方面都有着广泛的应用空间，本章着重介绍步进电机的工作原理及编程实现步进电机驱动的方法，主要内容如下：l       步进电机的概述l       步进电机的工作原理l       和微处理器的总线连接方式l       驱动程序的编程l       Linux下用软件的方法实现步进电机的脉冲分配，用软件的方法代替硬件的脉冲分配器1．步进电机概述步进电机是一种能够将电脉冲信号转换成角位移或线

2、位移的机电元件，它实际上是一种单相或多相同步电动机。单相步进电动机有单路电脉冲驱动，输出功率一般很小，其用途为微小功率驱动。多相步进电动机有多相方波脉冲驱动，用途很广。　使用多相步进电动机时，单路电脉冲信号可先通过脉冲分配器转换为多相脉冲信号，在经功率放大后分别送入步进电动机各相绕组。每输入一个脉冲到脉冲分配器，电动机各相的通电状态就发生变化，转子会转过一定的角度（称为步距角）。正常情况下，步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比；连续输入一定频率的脉冲时，电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的

3、影响。由于步进电动机能直接接收数字量的输入，所以特别适合于微机控制。1.1步进电机的特性步进电机转动使用的是脉冲信号，而脉冲是数字信号，这恰是计算机所擅长处理的数据类型。从20世纪80年代开始开发出了专用的IC驱动电路，今天，在打印机、磁盘器等的OA装置的位置控制中，步进电机都是不可缺少的组成部分之一。总体上说，步进电机有如下　优点：1．不需要反馈，控制简单。2．与微机的连接、速度控制（启动、停止和反转）及驱动电路的设计比较简单。3．没有角累积误差。4．停止时也可保持转距。5．没有转向器等机械部分，不需要保养，故造价较低。6．即

4、使没有传感器，也能精确定位。7．根椐给定的脉冲周期，能够以任意速度转动。但是，这种电机也有自身的缺点。8．难以获得较大的转矩9、不宜用作高速转动10．在体积重量方面没有优势，能源利用率低。11．超过负载时会破坏同步，速工作时会发出振动和噪声。1.2　步进电机的种类目前常用的步进电机有三类：1、反应式步进电动机（VR）。采用高导磁材料构成齿状转子和定子，其结构简单，生产成本低，步距角可以做的相当小，但动态性能相对较差。2、永磁式步进电动机（PM）。转子采用多磁极的圆筒形的永磁铁，在其外侧配置齿状定子。用转子和定子之间的吸引和排斥力

5、产生转动，转动步的角度一般是7.50。它的出力大，动态性能好；但步距角一般比较大。3、混合步进电动机（HB）。这是PM和VR的复合产品，其转子采用齿状的稀土永磁材料，定子则为齿状的突起结构。此类电机综合了反应式和永磁式两者的优点，步距角小，出力大，动态性能好，是性能较好的一类步进电动机，在计算机相关的设备中多用此类电机。2、步进电机的工作原理现以反应式三相步进电机为例说明其工作原理。三相步进电机的定子铁心上有六个形状相同的大齿，相邻两个大齿之间的夹角为60度。每个大齿上都套有一个线圈，径向相对的两个线圈串联起来成为一相绕组。各个

6、大齿的内表面上又有若干个均匀分布的小齿。转子是一个圆柱形铁心，外表面上圆周方向均匀的布满了小齿。转子小齿的齿距是和定子相同的。设计时应使转子齿数能被二整除。但某一相绕组通电，而转子可自由旋转时，该相两个大齿下的各个小齿将吸引相近的转子小齿，使电动机转动到转子小齿与该相定子小齿对齐的位置，而其它两相的各个大齿下的小齿必定和转子的小齿分别错开正负1/3的齿距，形成“齿错位”，从而形成电磁引力使电动机连续的转动下去。　　和反应式步进电动机不同，永磁式步进电动机的绕组电流要求正，反向流动，故驱动电路一般要做成双极性驱动。混合式步进电动机

7、的绕组电流也要求正，反向流动，故驱动电路通常也要做成双极性。2.1、步进电机的励磁方式步进电机有2相、4相和5相电机。在4相电机中有4组线圈，若电流按顺序通过线圈则使电机产生转动。2相电机中有2组线圈。从图9.3可以发现，在各线圈中引出中间端子，因此若以中间端子为基准即可实现4相，称这4为A、B、C、D的励磁相。本实验使用的就是这种方式的4相电机，而励磁方式中有1相（单向）励磁、2相（双向）励磁和1－2相（单－双向）励磁方式。此外，如果转动的方向不正确，可以交替1、2端子或3、4号端子(1).　1相励磁方式按ABCD的顺序总是仅

8、有一个励磁相有电流通过，因此，对应1个脉冲信号电机只会转动一步，这使电机只能产生很小的转矩并会产生振动，故很少使用。 ABCDT11000T20100T30010T40001图2.T1－T4表示脉冲周期；ABCD表示电机的各相，1表示此时有一个脉冲，0表示没有(