第10章 步进电机控制

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1、第10章步进电机控制10.1概述步进电机（steppingmotor），顾名思义，就是一步一步行进的电机，是一种将电脉冲转化为角位移的执行元件。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（即步进角），它的旋转是以步进角一步一步运行的。您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可以通过控制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。对于转动方向，是沿顺时针还是沿逆时针，则由输入脉冲的先后顺序决定。由此可见，步进电机非常适合用数字或微型计算机来控制，用单片机控

2、制步进电机自然就顺理成章了。10.2步进电机10.2.1步进电机步进电机的实物图如图10-1所示。图10-1步进电机的实物图10.2.2步进电机的分类目前比较常用的步进电机，包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。永磁式步进电机一般为两相，步进角一般为7.5度或15度，特点是输出力矩大，动态性能好，但步距角大。反应式步进电机一般为三相，步进角一般为1.5度，可实现大转矩输出，但噪声和振动都很大。混合式步进电动机综合了反应式、永磁式步进电动机两者的优点，它的步距角小，输出力矩大，

3、动态性能好，是目前性能最高的步进电动机，其中两相步进角一般为1.8度。这种步进电机的应用最为广泛。10.2.3步进电机的工作原理在结构方面，步进电机与其它类型的电机类似，主要构件依然是定子和转子，且定子和转子上有许多细小的齿。其中，转子是永久性磁铁，定子上绕有励磁线圈。步进电机的工作原理简言之就是：脉冲电流流过定子上的励磁线圈后产生的磁场，将转子上邻近的相异磁极吸引过来，使转子绕轴转动。给步进电机通入一个脉冲电流，步进电机就转动一步，再通入一个脉冲，它会再转动一步，因此，只要依照特定顺序连续不断地给励磁线圈通入脉冲电流，步进电机就

4、会按照要求连续不断地转动起来。步进电机转过的角位移量（角度）与输入的脉冲个数成正比，通过控制脉冲个数就可以控制角位移量。步进电机的转速是由脉冲频率控制的，两个相邻脉冲电流之间的时间间隔越短，单位时间内通入到步进电机的脉冲电流个数就越多，则转子转过的角位移量就越大，也就是角速度越大，步进电机就转得越快。给多个励磁线圈依次通电的次序将决定转子转动的方向。10.2.4步进电机的步进角和励磁线圈通电方式2471、步进电机的相线数依据步进电机定子上励磁线圈的配置不同，步进电机可分为2相、3相、4相、5相等，比较常见的是2相和4相步进电机。图

5、10-2是2相4线步进电机电路示意图。图中，红绿为1相，黄蓝为另外1相。有四根线，所以是2相4线。图10-3是4相6线步进电机电路示意图。图中，4相分别是红、黄、绿、蓝。红白构成1相，绿白构成1相，黄黑、蓝黑也各构成1相，即4相，外加白和黑两根线，便构成4相6线。图10-22相4线步进电机电路示意图图10-34相6线步进电机电路示意图2、步进角若转子上有N个齿，则相邻两个齿之间的距离（齿间距）θ为：θ=360°÷N；步进角δ为齿间距÷（2×相数）。对于4相50齿的步进电机而言，齿间距θ=360÷50=7.2°;步进角δ=7.2÷（

6、2×4）=0.9°，即该步进电机每行进一步，转子转过0.9°。而对于2相50齿的步进电机而言，步进角δ=7.2÷（2×2）=1.8°，即该步进电机每行进一步，转子转过1.8°。3、励磁线圈通电方式对于步进电机而言，其励磁线圈的排列顺序，以及通入的脉冲电流的次序，不仅决定了转子的转动方向，还与步进电机的转动力矩、动态特性等紧密相关，所以非常重要。以下以2相4线步进电机为例（步进角1.8°），说明其励磁线圈通电方式。◆1相通电1相通电方式是在任意时刻，只有一个励磁线圈通有脉冲电流，每通入一个脉冲电流，步进电机转过1.8°。这种通电方式

7、最简单，且步进精度高，但输出的转动力矩较小，振动较大。这种通电方式一般以四步为一个周期，周而复始地循环。表10-1具体说明了2相4线步进电机1相通电方式时，各励磁线圈的通电次序。表10-11相通电方式时各励磁线圈的通电次序步数红（A）黄（B）绿（A）蓝（B）16进制值110000x08201000x04300100x02400010x01如表10-1所示，从第1步开始，再依次是第2步、第3步，第4步，并按表中所示给具体励磁线圈通入脉冲电流（1代表高电平，表示通入脉冲电流；0代表低电平，表示不通入脉冲电流），步进电机转子就转过了

8、7.2度（假设是顺时针）。如果需要继续顺时针转动，则又从第1步开始，即步数依照1→2→3→4→1→2……的顺序。如果要顺时针转一圈，则需要50次从第1步到第4步这样的循环（50×7.2=360）247。如果要逆时针转一圈，同样需要循环50次，但是通