第一篇：?jiǎn)纹瑱C(jī)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

1單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1LED和鍵盤(pán)設(shè)計(jì)

為了能夠?qū)崿F(xiàn)人與機(jī)器的對(duì)話，單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了3*4鍵盤(pán)以及4*8LED數(shù)碼管，人們可以直接對(duì)其進(jìn)行控制。該系統(tǒng)通電后，通過(guò)鍵盤(pán)輸入控制步進(jìn)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)、啟動(dòng)以及轉(zhuǎn)動(dòng)方向等，由LED管動(dòng)態(tài)清晰顯示步進(jìn)機(jī)的轉(zhuǎn)向以及轉(zhuǎn)速。器件8279能夠控制系統(tǒng)鍵盤(pán)的輸入以及LED的輸出，進(jìn)而減少單片機(jī)工作的承載，8279在控制系統(tǒng)工作的過(guò)程中，將鍵盤(pán)輸入的信息進(jìn)行掃描，利用其抖功能，避免事故的發(fā)生。（下圖為L(zhǎng)ED和鍵盤(pán)模塊）

1.2放大和驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

邏輯轉(zhuǎn)換器是步進(jìn)機(jī)控制過(guò)程中的脈沖分配器，其是CMOS集成電路，其輸出的源電流為20毫安，能夠應(yīng)用于三相以及四相步進(jìn)機(jī)，其工作可以選擇以下6種激進(jìn)方式進(jìn)行控制；其中，對(duì)于三相步進(jìn)電機(jī)有1、2、1-2相；對(duì)于四相步進(jìn)電機(jī)有1、2、1-2相，其輸入的方式有單、雙時(shí)鐘選擇方式，其具有正向控制、方向控制、監(jiān)視原點(diǎn)、初始化原位等功能。PMM8713器件主要由激勵(lì)方式判斷、控制以及時(shí)鐘設(shè)置等部分組成，所有的輸入端都設(shè)置有秘制的電路，進(jìn)而提高抗外界干擾的能力。PMM8713輸出能夠接受功率驅(qū)動(dòng)電路，其通過(guò)驅(qū)圖1LED和鍵盤(pán)模塊動(dòng)器，輸出最大的工作電流，以滿足電機(jī)工作的需求。單片機(jī)通過(guò)調(diào)節(jié)相關(guān)端口的脈沖信號(hào)，控制步進(jìn)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)轉(zhuǎn)方向以及運(yùn)轉(zhuǎn)速度等。

2單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1單片機(jī)程序設(shè)計(jì)

通過(guò)中斷脈沖信號(hào)，計(jì)算步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)步數(shù)以及圈數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行記錄；實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速速的控制；采用端口的中斷程序關(guān)閉其相關(guān)程序，將電機(jī)控制在停機(jī)狀態(tài)；通過(guò)中斷電機(jī)的開(kāi)啟部位，將其轉(zhuǎn)換到運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的運(yùn)行；PMM8713的U和D端口通過(guò)輸出高電平，達(dá)到控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向的目的；8279將其接口與自身的8個(gè)數(shù)據(jù)連接口進(jìn)行連接，當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行到鍵盤(pán)部位時(shí)，采用相關(guān)端口中斷其工作狀態(tài)，進(jìn)而達(dá)到控制步進(jìn)機(jī)的啟動(dòng)、停止、速度以及方向等，并將其反饋給8279，利用LED將其顯示，明確其運(yùn)轉(zhuǎn)的速度以及方向。

2.2PC上位機(jī)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)PC上位機(jī)的主要目的就是控制步進(jìn)電機(jī)，利用單片機(jī)中相關(guān)部位，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)的對(duì)話，其利用單片機(jī)發(fā)出執(zhí)行命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的有效控制。其中，單片機(jī)接受的執(zhí)行命令會(huì)存儲(chǔ)在相關(guān)軟件中，其與儲(chǔ)存在片內(nèi)的Flash的相關(guān)地址進(jìn)行比較，不沖突的信息就儲(chǔ)存在其中，如與其中儲(chǔ)存的信息發(fā)生沖突，就會(huì)自動(dòng)中斷，有效的保護(hù)電機(jī)的正常運(yùn)行。同時(shí)，此軟件在運(yùn)行的過(guò)程中，應(yīng)該對(duì)晶振中的USART模塊進(jìn)行設(shè)置，其相關(guān)的控制軟件由VB6.0對(duì)其進(jìn)行編寫(xiě)，采用MSComm軟件實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通訊。

3結(jié)語(yǔ)

電機(jī)控制系統(tǒng)利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制整個(gè)機(jī)器的工作，其使用的可靠性較高。在其工作的狀態(tài)下，為其提供較為便捷的控制方案。通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向。云狀速度以及工作狀態(tài)等，提高步進(jìn)電機(jī)的工作效率具有非常重要的作用。同時(shí)，該系統(tǒng)還能夠控制三相電機(jī)和四相電機(jī)，其有PC上位機(jī)對(duì)整個(gè)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行控制，使該系統(tǒng)在環(huán)境惡劣的情況下運(yùn)行，確保人員的安全狀態(tài)；此外，該系統(tǒng)還具有使用范圍廣、操作簡(jiǎn)單、成本低廉、實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，被廣泛的應(yīng)用在實(shí)際生活的各大領(lǐng)域中，并能夠發(fā)揮其獨(dú)特地作用，進(jìn)而提高步進(jìn)電機(jī)的工作效率，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。

第二篇：?jiǎn)纹瑱C(jī)實(shí)驗(yàn)報(bào)告_步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

了解步進(jìn)電機(jī)的工作原理，掌握它的轉(zhuǎn)動(dòng)控制方式和調(diào)速方法。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及器件

IBM PC 機(jī) 一臺(tái)

DP-51PROC 單片機(jī)綜合仿真實(shí)驗(yàn)儀 一臺(tái)

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.編寫(xiě)程序，通過(guò)單片機(jī)的P1 口控制步進(jìn)電機(jī)的控制端，使其按一定的控制方式進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.分別采用雙四拍（AB→BC→CD→DA→AB）方式、單四拍（A→B→C→D→A）方式和單雙八拍（A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A）方式編程，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)速。

3.觀察不同控制方式下，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的振動(dòng)情況和步進(jìn)角的大小，比較這幾種控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)。

四、實(shí)驗(yàn)要求

學(xué)會(huì)步進(jìn)電機(jī)的工作原理和控制方法，掌握一些簡(jiǎn)單的控制電路和基本的電機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)。

五、實(shí)驗(yàn)步驟

1.安裝C10 區(qū)JP6 接口上的短路帽，將C10 區(qū)BA、BB、BC、BD與A2 區(qū)的P10~P13對(duì)應(yīng)相連。

2.打開(kāi)程序調(diào)試軟件，下載運(yùn)行編寫(xiě)好的軟件程序，觀察步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)情況。

3.修改步進(jìn)電機(jī)的控制程序，再次運(yùn)行程序，比較它們的不同控制效果。

六、實(shí)驗(yàn)程序

#include sbit A1=P1^0;//定義步進(jìn)電機(jī)連接端口 sbit B1=P1^1;sbit C1=P1^2;sbit D1=P1^3;sbit K0=P2^0;//最慢 sbit K1=P2^1;// sbit K2=P2^2;// sbit K3=P2^3;//最快 sbit K4=P2^4;//單雙八拍 sbit K5=P2^5;//單四拍 sbit K6=P2^6;//雙四拍

sbit K7=P2^7;//1正轉(zhuǎn)0反轉(zhuǎn)

#define Coil_A1 {A1=0;B1=1;C1=1;D1=1;}//A相通電，其他相斷電，低電平有效，若你的驅(qū)動(dòng)電路是高電平有效則改為（1,0,0,0）

#define Coil_B1 {A1=1;B1=0;C1=1;D1=1;}//B相通電，其他相斷電 #define Coil_C1 {A1=1;B1=1;C1=0;D1=1;}//C相通電，其他相斷電 #define Coil_D1 {A1=1;B1=1;C1=1;D1=0;}//D相通電，其他相斷電 #define Coil_AB1 {A1=0;B1=0;C1=1;D1=1;}//AB相 #define Coil_BC1 {A1=1;B1=0;C1=0;D1=1;}//BC相 #define Coil_CD1 {A1=1;B1=1;C1=0;D1=0;}//CD相 #define Coil_DA1 {A1=0;B1=1;C1=1;D1=0;}//DA相 #define Coil_OFF {A1=1;B1=1;C1=1;D1=1;}//全部斷電 unsigned char Speed;void DelayUs2x(unsigned char t){

while(--t);} void DelayMs(unsigned char t)

{

while(t--){

//大致延時(shí)1mS

DelayUs2x(245);

DelayUs2x(245);} } //******************************************************************************* void danshuangbapai(unsigned char Sp){ Coil_A1

DelayMs(Sp);

Coil_AB1

DelayMs(Sp);

Coil_B1

DelayMs(Sp);

Coil_BC1

DelayMs(Sp);

Coil_C1

DelayMs(Sp);

Coil_CD1

DelayMs(Sp);

Coil_D1

DelayMs(Sp);

Coil_DA1

DelayMs(Sp);} void danshuangbapaif(unsigned char Sp){

Coil_DA1

DelayMs(Sp);

Coil_D1

DelayMs(Sp);

Coil_CD1

DelayMs(Sp);

Coil_C1

DelayMs(Sp);

Coil_B1

DelayMs(Sp);

Coil_AB1

DelayMs(Sp);

Coil_A1

DelayMs(Sp);} void dansipai(unsigned char Sp){

Coil_A1

DelayMs(Sp);

Coil_B1

DelayMs(Sp);

Coil_C1

DelayMs(Sp);

Coil_D1

DelayMs(Sp);} void dansipaif(unsigned char Sp){

Coil_D1

DelayMs(Sp);

Coil_C1

DelayMs(Sp);

Coil_B1

DelayMs(Sp);

Coil_A1

DelayMs(Sp);} void shuangsipai(unsigned char Sp){ Coil_AB1 DelayMs(Sp);Coil_BC1 DelayMs(Sp);Coil_CD1 DelayMs(Sp);Coil_DA1 DelayMs(Sp);} void shuangsipaif(unsigned char Sp){ Coil_DA1 DelayMs(Sp);Coil_CD1 DelayMs(Sp);Coil_BC1 DelayMs(Sp);Coil_AB1 DelayMs(Sp);}

//******************************************************************************* void main(void){ while(1){ if(K0==1)//最低速

Speed=20;if(K1==1)Speed=15;if(K2==1)Speed=10;if(K3==1)//最高速

Speed=5;if(K4==1&&K7==1)//單雙八拍正

danshuangbapai(Speed);if(K4==1&&K7==0)//單雙八拍反

danshuangbapaif(Speed);if(K5==1&&K7==1)//單四拍正

dansipai(Speed);if(K5==1&&K7==0)//單四拍反

dansipaif(Speed);if(K6==1&&K7==1)//雙四拍正

shuangsipai(Speed);if(K6==1&&K7==0)//雙四拍反

shuangsipaif(Speed);if((K3==0&&K2==0&&K1==0&&K1==0))Speed=0;} }

七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

如圖所示接線，并且在完成程序的編譯和燒錄后，單片機(jī)上的步進(jìn)電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，改變相應(yīng)的延時(shí)和完成的方式，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)情況會(huì)發(fā)生一定的改變，也可以通過(guò)P口將步進(jìn)電機(jī)的輸入反映到LED燈上，這樣就可以觀察步進(jìn)電機(jī)的工作原理。

八、調(diào)試中遇到的問(wèn)題與解決辦法

步進(jìn)電機(jī)是通過(guò)給每個(gè)端口輸入不同的位置，讓電機(jī)在每個(gè)時(shí)刻所在的位置不同，然后通過(guò)循環(huán)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的。如果將循環(huán)的次數(shù)加以控制，或者將延時(shí)邊長(zhǎng)，就可以看出或者是計(jì)算出不同的方式，步進(jìn)電機(jī)每一拍的轉(zhuǎn)動(dòng)情況，例如單雙八拍的步進(jìn)電機(jī)，每一怕所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度就是9度。

九、心得體會(huì) 通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，掌握了單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)的工作原理和他的幾種不同的工作方式，并且對(duì)他的不同工作方式的差異有了自己的想法。

第三篇：?jiǎn)纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)(步進(jìn)電機(jī)控制)

湖北工程學(xué)院新技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)

課程單片機(jī)原理及仿真課程設(shè)計(jì)

題目單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)

專業(yè)姓名學(xué)號(hào)

主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等

1、主要內(nèi)容：

根據(jù)單片機(jī)課程所學(xué)內(nèi)容，結(jié)合其他相關(guān)課程知識(shí)，設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)控制，以加深對(duì)單片機(jī)知識(shí)的理解，鍛煉實(shí)踐動(dòng)手能力，為以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)和工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2、基本要求：

本設(shè)計(jì)以MCS-51系列單片機(jī)為核心，采用常用電子器件設(shè)計(jì)。根據(jù)要求設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)仿真控制，要求：設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)碼管；一個(gè)外中斷通過(guò)門(mén)電路連接五個(gè)按鍵，這五個(gè)按鍵分別控制步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)暫停、加速與減速；正轉(zhuǎn)時(shí)，數(shù)碼管上顯示‘Z’，反轉(zhuǎn)時(shí)顯示“F”，暫停時(shí)顯示“S”，按加速鍵時(shí)，電機(jī)加速，按減速鍵時(shí)，電機(jī)減速。

（1）用PROTOUS設(shè)計(jì)出步進(jìn)電機(jī)控制工作原理實(shí)驗(yàn)電路圖

（2）通過(guò)對(duì)AT89S51單片機(jī)編程，編寫(xiě)定步進(jìn)電機(jī)控制程序，實(shí)現(xiàn)用步進(jìn)電機(jī)控制。

（3）上交相應(yīng)仿真的電路圖與編程文檔。

（4）寫(xiě)出詳細(xì)的設(shè)計(jì)原理說(shuō)明小論文。

3、主要參考資料：

[1] 李泉溪，倪水平.單片機(jī)原理與應(yīng)用實(shí)例仿真.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2012.[2] 張友德，趙志英，徐時(shí)亮.單片微機(jī)原理應(yīng)用與實(shí)驗(yàn).上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2010.[3] 單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)說(shuō)明書(shū).完成期限

指導(dǎo)教師

2012年12月2 日

第四篇：步進(jìn)電機(jī)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

步進(jìn)電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)報(bào)告

班級(jí)： xx 姓名： xx 學(xué)號(hào)： xxx 指導(dǎo)老師： xx

步進(jìn)電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)報(bào)告

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙螅?/p>

1、熟悉步進(jìn)電機(jī)的工作原理

2、熟悉51系列單片機(jī)的工作原理及調(diào)試方法

3、設(shè)計(jì)基于51系列單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)調(diào)速原理圖(要求實(shí)現(xiàn)電機(jī)的速度反饋測(cè)量，測(cè)量方式：數(shù)字測(cè)量)

4、實(shí)現(xiàn)51系列單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的速度控制(步進(jìn)電機(jī)由實(shí)驗(yàn)中心提供，具體型號(hào) 42BYG)由按鈕控制步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)與停止；實(shí)現(xiàn)加速、勻速、和減速控制。速度設(shè)定由鍵盤(pán)設(shè)定，步進(jìn)電機(jī)的反饋速度由LED數(shù)碼管顯示。

二、實(shí)驗(yàn)原理：

1.一般電動(dòng)機(jī)都是連續(xù)旋轉(zhuǎn)，而步進(jìn)電動(dòng)卻是一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)的，故叫步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，它將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，因此非常適合于單片機(jī)控制。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子為多極分布，定子上嵌有多相星形連接的控制繞組，由專門(mén)電源輸入電脈沖信號(hào)，每輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子就前進(jìn)一步。由于輸入的是脈沖信號(hào)，輸出的角位移是斷續(xù)的，所以又稱為脈沖電動(dòng)機(jī)。隨著數(shù)字控制系統(tǒng)的發(fā)展，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用將逐漸擴(kuò)大。

進(jìn)電動(dòng)機(jī)需配置一個(gè)專用的電源供電，電源的作用是讓電動(dòng)機(jī)的控制繞組按照特定的順序通電，即受輸入的電脈沖控制而動(dòng)作，這個(gè)專用電源稱為驅(qū)動(dòng)電源。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電源是一個(gè)互相聯(lián)系的整體，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能是由電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電源兩者配合所形成的綜合效果。2.對(duì)驅(qū)動(dòng)電源的基本要求

（1）驅(qū)動(dòng)電源的相數(shù)、通電方式和電壓、電流都要滿足步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的需要；（2）要滿足步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率的要求；（3）能最大限度地抑制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的振蕩；（4）工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)；（5）成本低、效率高、安裝和維護(hù)方便。3.驅(qū)動(dòng)電源的組成

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源基本上由脈沖發(fā)生器、脈沖分配器和脈沖放大器（也稱功率放大器）三部分組成，三、實(shí)驗(yàn)源程序：

/*************** writer:shopping.w ******************/ #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char uchar code FFW[]= { 0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09 };uchar code REV[]= { 0x09,0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01 };sbit K1 = P3^0;sbit K2 = P3^1;sbit K3 = P3^2;void DelayMS(uint ms){ uchar i;

} void SETP_MOTOR_FFW(uchar n){ uchar i,j;while(ms--){ for(i=0;i<120;i++);} for(i=0;i<5*n;i++){

for(j=0;j<8;j++)

{

if(K3 == 0)break;

P1 = FFW[j];

DelayMS(25);

} } } void SETP_MOTOR_REV(uchar n){ uchar i,j;for(i=0;i<5*n;i++){

for(j=0;j<8;j++)

{

if(K3 == 0)break;

P1 = REV[j];

DelayMS(25);

} } } void main(){uchar N = 3;while(1){if(K1 == 0)

{P0 = 0xfe;

SETP_MOTOR_FFW(N);if(K3 == 0)break;

}

} } else if(K2 == 0){ P0 = 0xfd;

} else { P0 = 0xfb;} P1 = 0x03;SETP_MOTOR_REV(N);if(K3 == 0)break;4

四、實(shí)驗(yàn)心得：

本次實(shí)驗(yàn)讓我了解了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理，掌握了怎樣用單片機(jī)編程來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)及調(diào)速。通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，我更加深刻的認(rèn)識(shí)到將單片機(jī)編程知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中的重要性。同時(shí)，在理論知識(shí)方面，我還有很多欠缺。在以后的學(xué)習(xí)中要注意實(shí)踐性，不能只滿足于理論知識(shí)。

第五篇：步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介

步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介

步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變的非常的簡(jiǎn)單。

步進(jìn)電機(jī)分三種：永磁式（PM），反應(yīng)式（VR）和混合式（HB）

永磁式步進(jìn)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度 或15度；

反應(yīng)式步進(jìn)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動(dòng)都很大。在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家80年代已被淘汰；

混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為

1.8度而五相步進(jìn)角一般為 0.72度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。

一.工作原理

（一）反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)

1、結(jié)構(gòu)：

電機(jī)轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒（1，2，3，4，5），電機(jī)定子有三個(gè)勵(lì)磁繞阻（A，B，C），A與齒1相對(duì)齊，B與齒2錯(cuò)開(kāi)1/3て，C與齒3錯(cuò)開(kāi)2/3て，A與齒5相對(duì)齊...。將定子和轉(zhuǎn)子展開(kāi)如下

2、旋轉(zhuǎn)：

如A相通電，B、C相不通電時(shí)，由于磁場(chǎng)作用，齒1與A對(duì)齊；如B相通電，A、C相不通電時(shí)，齒2應(yīng)與B對(duì)齊，此時(shí)轉(zhuǎn)子向右移過(guò)1/3て，此時(shí)齒3與C偏移為1/3て，齒4與A偏移2/3て；如C相通電，A、B相不通電，齒3應(yīng)與C對(duì)齊，此時(shí)轉(zhuǎn)子又向右移過(guò)1/3て，此時(shí)齒4與A偏移為1/3て對(duì)齊；如A相通電，B、C相不通電，齒4與A對(duì)齊，轉(zhuǎn)子又向右移過(guò)1/3て。這樣經(jīng)過(guò)A、B、C、A分別通電，齒4移到A相，電機(jī)轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距，如果不斷地按A、B、C、A...通電，電機(jī)就向右旋轉(zhuǎn)；如按A、C、B、A……通電，電機(jī)就向左轉(zhuǎn)。由此可見(jiàn)：電機(jī)的位置和速度由導(dǎo)電脈沖數(shù)和頻率成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，而方向由導(dǎo)電順序決定。

不過(guò)，出于對(duì)力矩、平穩(wěn)、噪音及減少角度等方面考慮，往往采用A-AB-B-BC－C-CA-A這種導(dǎo)電狀態(tài)，這樣將原來(lái)每步1/3て改變?yōu)?/6て。甚至于通過(guò)二相電流不同的組合，使其1/3て變?yōu)?/12て，1/24て，這就是電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)的基本理論依據(jù)。但經(jīng)過(guò)理論分析及大量的實(shí)驗(yàn)證明：細(xì)分?jǐn)?shù)如果超過(guò)10，電機(jī)帶負(fù)載后，就會(huì)產(chǎn)生跳步和失步現(xiàn)象。

不難推出：電機(jī)定子上有m相勵(lì)磁繞阻，其軸線分別與轉(zhuǎn)子齒軸線偏移

1/m,2/m……(m-1)/m,1。并且導(dǎo)電按一定的相序電機(jī)就能正反轉(zhuǎn)被控制——這是步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的物理?xiàng)l件。只要符合這一條件我們理論上可以制造任何相的步進(jìn)電機(jī)，出于成本等多方面考慮，市場(chǎng)上一般以二、三、四、五相為多。

3、力矩：

電機(jī)一旦通電，在定轉(zhuǎn)子間將產(chǎn)生磁場(chǎng)（磁通量Ф）。當(dāng)轉(zhuǎn)子與定子錯(cuò)開(kāi)一定角度時(shí)，產(chǎn)生的吸引力 F=K*dФ/dθ成正比。其中磁通量Ф=Br*S（Br=N*I/R為磁密，S為導(dǎo)磁面積，N*I為勵(lì)磁繞阻安匝數(shù)（電流乘匝數(shù)）R為磁阻），θ為錯(cuò)齒量，K為系數(shù)。可見(jiàn)，F(xiàn)與L*D*Br成正比（L為鐵芯有效長(zhǎng)度，D為轉(zhuǎn)子直徑）。

力矩=F*D/2，因此，力矩與電機(jī)有效體積*安匝數(shù)*磁密成正比（設(shè)為線性狀態(tài)），即電機(jī)有效體積越大，勵(lì)磁安匝數(shù)越大，定轉(zhuǎn)子間氣隙越小，電機(jī)力矩越大，反之亦然。

（二）感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)（永磁式）

1、特點(diǎn)：

感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)與傳統(tǒng)的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點(diǎn)，而定子激磁只需提供變化的磁場(chǎng)而不必提供磁材料工作點(diǎn)的耗能，因此該電機(jī)效率高，電流小，發(fā)熱低。因永磁體的存在，該電機(jī)具有較強(qiáng)的反電勢(shì)，其自身阻尼作用比較好，使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中比較平穩(wěn)、噪音低、低頻振動(dòng)小。

感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)某種程度上可以看作是低速同步電機(jī)。一個(gè)四相電機(jī)可以作四相運(yùn)行，也可以作二相運(yùn)行（必須采用雙極電壓驅(qū)動(dòng)），而反應(yīng)式電機(jī)則不能如此。

例如：四相，八相運(yùn)行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可以采用二相八拍運(yùn)行方式.不難發(fā)現(xiàn)其條件為C=,D=。

一個(gè)二相電機(jī)的內(nèi)部繞組與四相電機(jī)完全一致，小功率電機(jī)一般直接接為二相，而功率大一點(diǎn)的電機(jī)，為了方便使用，靈活改變電機(jī)的動(dòng)態(tài)特點(diǎn)，往往將其外部接線為八根引線（四相），這樣使用時(shí)，既可以作四相電機(jī)使用，可以作二相電機(jī)繞組串聯(lián)或并聯(lián)使用。

2、分類

感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)以相數(shù)可分為：二相電機(jī)、三相電機(jī)、四相電機(jī)、五相電機(jī)等。以機(jī)座號(hào)（電機(jī)外徑）可分為：42BYG(BYG為感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)代號(hào)）、57BYG、86BYG、110BYG、（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)），而像70BYG、90BYG、130BYG等均為國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。

3、步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語(yǔ)

相數(shù)：產(chǎn)生不同對(duì)極N、S磁場(chǎng)的激磁線圈對(duì)數(shù)，常用m表示。

拍數(shù)：完成一個(gè)磁場(chǎng)周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機(jī)為例，有四相四拍運(yùn)行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運(yùn)行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。

步距角：對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角位移用θ表示。θ=360度（轉(zhuǎn)子齒數(shù)J*運(yùn)行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為50齒電機(jī)為例。四拍運(yùn)行時(shí)步距角為θ=360度/（50*4）=1.8度（俗稱整步），八拍運(yùn)行時(shí)步距角為θ=360度/（50*8）=0.9度（俗稱半步）。每轉(zhuǎn)步數(shù)：電機(jī)每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)所轉(zhuǎn)過(guò)的步數(shù)。

定位轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在不通電狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場(chǎng)齒形的諧波以及機(jī)械誤差造成的）。

保持扭矩：電機(jī)繞組通電不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的最大輸出扭矩值。

工作扭矩：電機(jī)繞組通電轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的最大輸出扭矩值。注意：保持扭距比工作扭矩大，選電機(jī)是要以工作扭矩為選擇依據(jù)。

靜轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在額定靜態(tài)電作用下，電機(jī)不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機(jī)體積（幾何尺寸）的標(biāo)準(zhǔn)，與驅(qū)動(dòng)電壓及驅(qū)動(dòng)電源等無(wú)關(guān)。

雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁激磁安匝數(shù)成正比，與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)，但過(guò)份采用減小氣隙，增加激磁安匝來(lái)提高靜力矩是不可取的，這樣會(huì)造成電機(jī)的發(fā)熱及機(jī)械噪音。

4、步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)指標(biāo)及術(shù)語(yǔ)：

1、步距角精度：步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角的實(shí)際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差/步距角*100%。不同運(yùn)行拍數(shù)其值不同，四拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在5%之內(nèi)，八拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在15%以內(nèi)。

2、失步：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。

3、失調(diào)角：轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)是不能解決的。

4、最大空載起動(dòng)頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動(dòng)的最大頻率。

5、最大空載的運(yùn)行頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式，電壓及額定電流下，電機(jī)不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。這個(gè)速度遠(yuǎn)大于啟動(dòng)頻率。

6、運(yùn)行矩頻特性：電機(jī)在某種測(cè)試條件下測(cè)得運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運(yùn)行矩頻特性，這是電機(jī)諸多動(dòng)態(tài)曲線中最重要的，也是電機(jī)選擇的根本依據(jù)。如下左圖所示：其它特性還有慣頻特性、起動(dòng)頻率特性等。

電機(jī)一旦選定，電機(jī)的靜力矩確定，而動(dòng)態(tài)力矩卻不然，電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩取決于電機(jī)運(yùn)行時(shí)的平均電流（而非靜態(tài)電流），平均電流越大，電機(jī)輸出力矩越大，即電機(jī)的頻率特性越硬。如上右圖所示。其中，曲線3電流最大、或電壓最高；曲線1電流最小、或電壓最低，曲線與負(fù)載的交點(diǎn)為負(fù)載的最大速度點(diǎn)。要使平均電流大，盡可能提高驅(qū)動(dòng)電壓，使采用小電感大電流的電機(jī)。

7、電機(jī)的共振點(diǎn)：步進(jìn)電機(jī)均有固定的共振區(qū)域，二、四相感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)的共振區(qū)一般在180-250pps之間（步距角1.8度）或在400pps左右（步距角為0.9度），電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓越高，電機(jī)電流越大，負(fù)載越輕，電機(jī)體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然。為使電機(jī)輸出電矩大，不失步和整個(gè)系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點(diǎn)均應(yīng)遠(yuǎn)離共振區(qū)。

現(xiàn)在，步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展非常迅速，如德國(guó)百格拉公司的交流伺服電機(jī)運(yùn)行性能的步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)，其三相混合式步進(jìn)電機(jī)采用交流伺服原理工作，運(yùn)用特殊精密機(jī)械加工工藝，使步進(jìn)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子之間間隙僅為50um，轉(zhuǎn)子和定子的直徑比提高到59%，大大提高了電機(jī)工作扭矩，特別是高速時(shí)的工作扭矩。由于定子和轉(zhuǎn)子上磁槽數(shù)遠(yuǎn)多于五相和兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，使三相混合式步進(jìn)電機(jī)可以按五相和兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)進(jìn)行工作。電機(jī)的扭矩僅與轉(zhuǎn)速有關(guān)，而與電機(jī)每轉(zhuǎn)的步數(shù)無(wú)關(guān)，例如：2Nm電機(jī)在每轉(zhuǎn)500步和10000步，800轉(zhuǎn)/分時(shí)的扭矩都是1.75Nm。在低速時(shí)運(yùn)行極其平穩(wěn)，幾乎無(wú)共振區(qū)，高速時(shí)扭矩大，運(yùn)行特性類同交流伺服電機(jī)。

二.步進(jìn)電機(jī)選用

（一）力矩與功率計(jì)算

步進(jìn)電機(jī)一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來(lái)衡量，力矩與功率換算如下：

P= Ω·M

Ω=2π·n/60

P=2πnM/60

其中P為功率單位為瓦，Ω為每秒角速度，單位為弧度，n為每分鐘轉(zhuǎn)速，M為力矩單位為牛頓·米。

P=2πfM/400(半步工作）

其中f為每秒脈沖數(shù)（簡(jiǎn)稱PPS)

（二）步進(jìn)電機(jī)的選擇

步進(jìn)電機(jī)有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)便確定下來(lái)了。

1、步距角的選擇

電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，每個(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場(chǎng)上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有0.36度/0.72度（五相電機(jī)）、0.9度/1.8度（二、四相電機(jī)）、1.5度/3度（三相電機(jī)）等。

2、靜力矩的選擇

步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機(jī)的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。直接起動(dòng)時(shí)（一般由低速）時(shí)二種負(fù)載均要考慮，加速起動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)行進(jìn)只要考慮摩擦負(fù)載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的2-3倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機(jī)的機(jī)座及長(zhǎng)度便能確定下來(lái)（幾何尺寸）。

3、電流的選擇

靜力矩一樣的電機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機(jī)的電流（參考驅(qū)動(dòng)電源、及驅(qū)動(dòng)電壓）

綜上所述選擇電機(jī)一般應(yīng)遵循以下步驟：

三.應(yīng)用中的注意點(diǎn)

1、步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于低速場(chǎng)合---每分鐘轉(zhuǎn)速不超過(guò)1000轉(zhuǎn)，（0.9度時(shí)6666PPS)，最好在1000-3000PPS(0.9度）間使用，可通過(guò)減速裝置使其在此間工作，此時(shí)電機(jī)工作效率高，噪音低。

2、步進(jìn)電機(jī)最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時(shí)振動(dòng)大。

3、由于歷史原因，只有標(biāo)稱為12V電壓的電機(jī)使用12V外，其他電機(jī)的電壓值不是驅(qū)動(dòng)電壓伏值，可根據(jù)驅(qū)動(dòng)器選擇驅(qū)動(dòng)電壓（建議：57BYG采用直流24V-36V，86BYG采用直流50V,110BYG采用高于直流80V），當(dāng)然12伏的電壓除12V恒壓驅(qū)動(dòng)外也可以采用其他驅(qū)動(dòng)電源，不過(guò)要考慮溫升。

4、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的負(fù)載應(yīng)選擇大機(jī)座號(hào)電機(jī)。

5、電機(jī)在較高速或大慣量負(fù)載時(shí)，一般不在工作速度起動(dòng)，而采用逐漸升頻提速，一電機(jī)不失步，二可以減少噪音同時(shí)可以提高停止的定位精度。

6、高精度時(shí)，應(yīng)通過(guò)機(jī)械減速、提高電機(jī)速度,或采用高細(xì)分?jǐn)?shù)的驅(qū)動(dòng)器來(lái)解決，也可以采用5相電機(jī)，不過(guò)其整個(gè)系統(tǒng)的價(jià)格較貴，生產(chǎn)廠家少，其被淘汰的說(shuō)法是外行話。

7、電機(jī)不應(yīng)在振動(dòng)區(qū)內(nèi)工作，如若必須可通過(guò)改變電壓、電流或加一些阻尼的解決。

8、電機(jī)在600PPS（0.9度）以下工作，應(yīng)采用小電流、大電感、低電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)。

9、應(yīng)遵循先選電機(jī)后選驅(qū)動(dòng)的原則。最好采用同一生產(chǎn)廠家的控制器、驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)。

10、應(yīng)注重可靠性而輕性能、重品質(zhì)而輕價(jià)格。

機(jī)電產(chǎn)品網(wǎng) 供稿