步进电机控制简介

   步进电机的工作原理   

    步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。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(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。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。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。

   步进电动机的种类

    一、反应式步进电动机(VR)

    结构简单、步距角小，转子开有牙槽，与定子上的牙槽对应。

   反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。

    二、永磁式步进电动机(PM)

    转矩大，步距角也大，较节能。

   永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 或15度；

    三、混合式步进电动机(HB)

   混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。

    综合上面两种步进电动机的优点，输出转矩大，步距角小，能耗小，运行频率高，是现在市场上的主流步进电动机。

    转子轴向最里层是稀土材料制成的永磁体，其外面包围一圈可磁化的硅钢片，硅钢片外圆开有牙槽，转子轴向两端分别为S极和N极，S极牙槽与N极牙槽错开位置，对定子产生推力和拉力。定子上也开有牙槽与转子牙槽对应。

步距角=180/（定子绕组相数*转子齿数）

    步进电机控制原理（开环控制）

    PLC或上位机发送脉冲频率、脉冲数量、电动机运行方向信号给到步进驱动器，步进驱动器驱动步进电动机运转，步进电动机带动机械部分运动。步进电动机没有反馈位置信号给步进驱动器。

    优点：步进驱动器驱动的步进电动机的选型范围广，设置简单，易调节，较便宜。

    缺点：丢步，定位不准。

    步进电机控制原理（闭环控制）

    随着技术的发展，步进电动机也有安装编码器的，反馈位置信号到步进驱动器，组成闭环控制系统，也有的资料叫做步进伺服控制系统。同样PLC或上位机发送脉冲频率、脉冲数量、电动机运行方向信号给到步进驱动器，步进驱动器驱动步进电动机运转，步进电动机带动机械部分运动。

    步进伺服控制系统解决了步进电机开环控制时的丢步问题，提高了定位控制的精度（由编码器分辨率决定，不会比伺服电机的精度高）。

        步进驱动器的电路种类:

    步进驱动器是为步进电动机服务的，作用是使步进电动机产生旋转磁场，分为两种电路：

    一、单极驱动器电路

步进驱动器所用的电源为直流电源，步进驱动器输出给步进电动机线圈的直流电流为单方向：如A BCD。

    二、双极驱动器电路

    步进驱动器所用的电源为直流电源，步进驱动器输出给步进电动机线圈的直流电流为正反方向交替：如A B-A-B。

     步进电机的静态指标术语

   a. 相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。常用m表示。

     b.拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一 个齿距角所需脉冲数 。

   c. 步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。

     d. 定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以 及机械误差造成的）。

   e. 静转矩：电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。

     步进电机动态指标及术语

   a. 步距角精度：步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。

   b. 失步：电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。称之为失步。

     c. 失调角：转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度 。

   d. 最大空载起动频率：电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接起动的最大频率。

   e. 最大空载的运行频率：电机在某种驱动形式，电压及额定电流下，电机不带负载的最高转速频率。

   f. 运行矩频特性：电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线称为运行矩频特性 。

    步进电机选型

   1. 步距角的选择：电机的步距角取决于负载精度的要求 。

     2. 静力矩的选择：静力矩选择的依据是电机工作的负载 ，一般情况下，静力矩应为摩擦负载的2-3倍内好 。

   3. 电流的选择：由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图，判断电机的电流。

    步进电机的一些特点

    1. 一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。

    2. 步进电机外表允许的最高温度一般在摄氏130度以上 。

    3. 步进电机的力矩会随转速的升高而下降。

    4. 步进电机低速时可以正常运转,但若高于 一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。

    5. 步进电机应用于低速场合---每分钟转速不超过1000转。

   步进电机与控制器接线方法如下图：