第10章 步進電機控制

1、230第10章步進電機控制步進電機控制10.1概述概述步進電機（steppingmot），顧名思義，就是一步一步行進的電機，是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行元件。當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（即步進角），它的旋轉(zhuǎn)是以步進角一步一步運行的。您可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時您可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。對于轉(zhuǎn)動方向，

2、是沿順時針還是沿逆時針，則由輸入脈沖的先后順序決定。由此可見，步進電機非常適合用數(shù)字或微型計算機來控制，用單片機控制步進電機自然就順理成章了。10.2步進電機步進電機10.2.1步進電機步進電機步進電機的實物圖如圖101所示。圖101步進電機的實物圖步進電機的實物圖10.2.2步進電機的分類步進電機的分類目前比較常用的步進電機，包括反應(yīng)式步進電機（VR）、永磁式步進電機（PM）、混合式步進電機（HB）和單相式步進電機等。永磁式步進電機一

3、般為兩相，步進角一般為7.5度或15度，特點是輸出力矩大，動態(tài)性能好，但步距角大。反應(yīng)式步進電機一般為三相，步進角一般為1.5度，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，但噪聲和振動都很大?；旌鲜讲竭M電動機綜合了反應(yīng)式、永磁式步進電動機兩者的優(yōu)點，它的步距角小，輸出力矩大，動態(tài)性能好，是目前性能最高的步進電動機，其中兩相步進角一般為1.8度。這種步進電機的應(yīng)用最為廣泛。10.2.3步進電機的工作原理步進電機的工作原理在結(jié)構(gòu)方面，步進電機與其它類型的電機類似，

4、主要構(gòu)件依然是定子和轉(zhuǎn)子，且定子和轉(zhuǎn)子上有許多細小的齒。其中，轉(zhuǎn)子是永久性磁鐵，定子上繞有勵磁線圈。步進電機的工作原理簡言之就是：脈沖電流流過定子上的勵磁線圈后產(chǎn)生的磁場，將轉(zhuǎn)子上鄰近的相異磁極吸引過來，使轉(zhuǎn)子繞軸轉(zhuǎn)動。給步進電機通入一個脈沖電流，步進電機就轉(zhuǎn)動一步，再通入一個脈沖，它會再轉(zhuǎn)動一步，因此，只要依照特定順序連續(xù)不斷地給勵磁線圈通入脈沖電流，步進電機就會按照要求連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動起來。步進電機轉(zhuǎn)過的角位移量（角度）與輸入的脈沖個

5、數(shù)成正比，通過控制脈沖個數(shù)就可以控制角位移量。步進電機的轉(zhuǎn)速是由脈沖頻率控制的，兩個相鄰脈沖電流之間的時間間隔越短，單位時間內(nèi)通入到步進電機的脈沖電流個數(shù)就越多，則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移量就越大，也就是角速度越大，步進電機就轉(zhuǎn)得越快。給多個勵磁線圈依次通電的次序?qū)Q定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向。232如果要順時針轉(zhuǎn)一圈，則需要50次從第1步到第4步這樣的循環(huán)（507.2=360）。如果要逆時針轉(zhuǎn)一圈，同樣需要循環(huán)50次，但是通電次序與順時針轉(zhuǎn)動相反，即步

6、數(shù)依照4→3→2→1→4→3……的順序?！?相通電2相通電方式是在任意時刻，有兩個勵磁線圈通有脈沖電流，每通入一個脈沖電流，步進電機轉(zhuǎn)過1.8。這種通電方式下，步進電機的輸出力矩大且振動較小，所以這種通電方式被較多使用。表102具體說明了2相4線步進電機在2相通電方式時，各勵磁線圈的通電次序。表1022相通電方式時各勵磁線圈的通電次序相通電方式時各勵磁線圈的通電次序2相通電方式下的正反轉(zhuǎn)控制、轉(zhuǎn)動一圈所需循環(huán)次數(shù)，與1相通電方式相同。此

7、處不再重述?！?2相通電12相通電方式，是1相通電方式與2相通電方式交替通電的方式，每通入一個脈沖電流，步進電機轉(zhuǎn)過0.9。這種通電方式下，步進電機的步進角小且振動小，所以在需要精確控制的場合使用較多。表103具體說明了2相4線步進電機在12相通電方式時，各勵磁線圈的通電次序。其步數(shù)是8步，且轉(zhuǎn)動一圈依舊需要50次循環(huán)（0.9850=360）。表10312相通電方式時各勵磁線圈的通電次序相通電方式時各勵磁線圈的通電次序10.2.5步進電

8、機的驅(qū)動步進電機的驅(qū)動由于單片機的輸出電流太小，遠不能滿足步進電機轉(zhuǎn)動的需要，所以步進電機必須要有驅(qū)動電路的驅(qū)動，才能正常轉(zhuǎn)動。以下介紹三種常用的驅(qū)動電路。1、基于、基于ULN2803的步進電機驅(qū)動電路的步進電機驅(qū)動電路對于電流小于0.5A的步進電機，可以使用基于ULN2803的驅(qū)動電路?！鬠LN2803芯片簡介ULN2803的PDIP16封裝的實物圖如圖104所示，其引腳圖如圖105所示。步數(shù)步數(shù)紅（紅（A）黃（黃（B）綠（綠（A）藍