第10章 步進(jìn)電機(jī)控制

1、230第10章步進(jìn)電機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)控制10.1概述概述步進(jìn)電機(jī)（steppingmot），顧名思義，就是一步一步行進(jìn)的電機(jī)，是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行元件。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（即步進(jìn)角），它的旋轉(zhuǎn)是以步進(jìn)角一步一步運(yùn)行的。您可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)您可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)方向，

2、是沿順時(shí)針還是沿逆時(shí)針，則由輸入脈沖的先后順序決定。由此可見(jiàn)，步進(jìn)電機(jī)非常適合用數(shù)字或微型計(jì)算機(jī)來(lái)控制，用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)自然就順理成章了。10.2步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)10.2.1步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)的實(shí)物圖如圖101所示。圖101步進(jìn)電機(jī)的實(shí)物圖步進(jìn)電機(jī)的實(shí)物圖10.2.2步進(jìn)電機(jī)的分類(lèi)步進(jìn)電機(jī)的分類(lèi)目前比較常用的步進(jìn)電機(jī)，包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）、混合式步進(jìn)電機(jī)（HB）和單相式步進(jìn)電機(jī)等。永磁式步進(jìn)電機(jī)一

3、般為兩相，步進(jìn)角一般為7.5度或15度，特點(diǎn)是輸出力矩大，動(dòng)態(tài)性能好，但步距角大。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，步進(jìn)角一般為1.5度，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，但噪聲和振動(dòng)都很大?；旌鲜讲竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)綜合了反應(yīng)式、永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩者的優(yōu)點(diǎn)，它的步距角小，輸出力矩大，動(dòng)態(tài)性能好，是目前性能最高的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其中兩相步進(jìn)角一般為1.8度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。10.2.3步進(jìn)電機(jī)的工作原理步進(jìn)電機(jī)的工作原理在結(jié)構(gòu)方面，步進(jìn)電機(jī)與其它類(lèi)型的電機(jī)類(lèi)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(xì)小的齒。其中，轉(zhuǎn)子是永久性磁鐵，定子上繞有勵(lì)磁線圈。步進(jìn)電機(jī)的工作原理簡(jiǎn)言之就是：脈沖電流流過(guò)定子上的勵(lì)磁線圈后產(chǎn)生的磁場(chǎng)，將轉(zhuǎn)子上鄰近的相異磁極吸引過(guò)來(lái)，使轉(zhuǎn)子繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。給步進(jìn)電機(jī)通入一個(gè)脈沖電流，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一步，再通入一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)動(dòng)一步，因此，只要依照特定順序連續(xù)不斷地給勵(lì)磁線圈通入脈沖電流，步進(jìn)電機(jī)就會(huì)按照要求連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的角位移量（角度）與輸入的脈沖個(gè)

5、數(shù)成正比，通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)就可以控制角位移量。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速是由脈沖頻率控制的，兩個(gè)相鄰脈沖電流之間的時(shí)間間隔越短，單位時(shí)間內(nèi)通入到步進(jìn)電機(jī)的脈沖電流個(gè)數(shù)就越多，則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角位移量就越大，也就是角速度越大，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。給多個(gè)勵(lì)磁線圈依次通電的次序?qū)Q定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。232如果要順時(shí)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(shí)針轉(zhuǎn)一圈，同樣需要循環(huán)50次，但是通電次序與順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)刻，有兩個(gè)勵(lì)磁線圈通有脈沖電流，每通入一個(gè)脈沖電流，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)1.8。這種通電方式下，步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩大且振動(dòng)較小，所以這種通電方式被較多使用。表102具體說(shuō)明了2相4線步進(jìn)電機(jī)在2相通電方式時(shí)，各勵(lì)磁線圈的通電次序。表1022相通電方式時(shí)各勵(lì)磁線圈的通電次序相通電方式時(shí)各勵(lì)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(dòng)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(gè)脈沖電流，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)0.9。這種通電方式下，步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角小且振動(dòng)小，所以在需要精確控制的場(chǎng)合使用較多。表103具體說(shuō)明了2相4線步進(jìn)電機(jī)在12相通電方式時(shí)，各勵(lì)磁線圈的通電次序。其步數(shù)是8步，且轉(zhuǎn)動(dòng)一圈依舊需要50次循環(huán)（0.9850=360）。表10312相通電方式時(shí)各勵(lì)磁線圈的通電次序相通電方式時(shí)各勵(lì)磁線圈的通電次序10.2.5步進(jìn)電

8、機(jī)的驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)由于單片機(jī)的輸出電流太小，遠(yuǎn)不能滿足步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的需要，所以步進(jìn)電機(jī)必須要有驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)，才能正常轉(zhuǎn)動(dòng)。以下介紹三種常用的驅(qū)動(dòng)電路。1、基于、基于ULN2803的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路對(duì)于電流小于0.5A的步進(jìn)電機(jī)，可以使用基于ULN2803的驅(qū)動(dòng)電路?！鬠LN2803芯片簡(jiǎn)介ULN2803的PDIP16封裝的實(shí)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(lán)