步进电机驱动方式的分类及比较
常用的步进电机驱动方式
步进电机常用的驱动方式是全电压驱动，即在电机移步与锁步时都加载额定电压。
为了防止电机过流及改善驱动特性，需加限流电阻。
由于步进电机锁步时，限流电阻要消耗掉大量的功率，故限流电阻要有较大的功率容量，并且开关管也要有较高的负载能力。
步进电机的另一种驱动方式是高低压驱动，即在电机移步时，加额定或超过额定值的电压，以便在较大的电流驱动下，使电机快速移步；而在锁步时，则加低于额定值的电压，只让电机绕组流过锁步所需的电流值。
这样，既可以减少限流电阻的功率消耗，又可以提高电机的运行速度，但这种驱动方式的电路要复杂一些
驱动脉冲的分配可以使用硬件方法，即用脉冲分配器实现。
现在，脉冲分配器已经标准化、芯片化，市场上可以买到。
但硬件方法结构复杂，成本也较高。
武汉信轴机电有限公司主营一体减速步进马达，集成式步进伺服，交流马达，提供专业的选型方案步进电机控制（包括控制脉冲的产生和分配）也可以使用软件方法，即用单片机实现，这样既简化了电路，也降低了成本。
使用单片机以软件方式驱动步进电机，不但可以通过编程方法，在一定范围内自由设定步进电机的转速、往返转动的角度以及转动次数等，而且还可以方便灵活地控制步进电机的运行状态，以满足不同用户的要求。
因此，常把单片机步进电机控制电路称之为可编程步进电机驱动器。
几种步进电机的驱动方式
步进电机常见的三种驱动方式包括全步进驱动、半步进驱动和微步进驱动。
全步进驱动简单易实现，适用于对转矩要求不高的场合；半步进驱动具有更高的分辨率和更平滑的运动，适用于对定位要求较高的场合；微步进驱动则是最精细的驱动方式，通过控制电流的大小和方向实现步进电机的转动，适用于对定位精度要求极高的场合。
选择适当的驱动方式需要根据具体应用需求来决定。
全步进驱动简单、成本低，适用于一些普通的工业自动化应用；半步进驱动在精确性和平稳性方面提供了更好的性能，适用于精密定位的应用；而微步进驱动则可以提供最高的分辨率和最平滑的运动，适用于高精密仪器和光学设备等领域。
全步进驱动是最常见的步进电机驱动方式之一。
它通过改变电流的方向和大小来实现步进电机的转动。
具体工作原理如下：1.单相全步进驱动：在单相全步进驱动中，通过向两个相邻线圈施加电流，使得步进电机转动一个步进角度。
该驱动方式简单易实现，但转矩较小。
2.双相全步进驱动：双相全步进驱动是一种更为常见的驱动方式。
它通过按照特定的顺序向两个线圈施加电流来实现步进电机的转动。
该驱动方式相比单相全步进驱动具有更高的转矩和更稳定的运行。
全步进驱动方式简单直观，适用于对转矩要求不高的场合。
2.半步进驱动半步进驱动是介于全步进驱动和微步进驱动之间的一种驱动方式。
在半步进驱动中，通过改变电流的方向和大小来实现步进电机的转动。
具体工作原理如下：1.与全步进驱动类似，半步进驱动也可以采用单相和双相两种驱动方式。
其中，双相半步进驱动是最常见的。
2.在双相半步进驱动中，首先向一个线圈施加电流，使得步进电机转动半个步进角度。
然后再向另一个线圈施加电流，使得步进电机再次转动半个步进角度。
通过交替改变电流的方向和大小，可以实现精确的定位。
半步进驱动方式相比全步进驱动方式，具有更高的分辨率和更平滑的运动。
适用于对定位要求较高的场合。
3.微步进驱动微步进驱动是步进电机中最精细的驱动方式，通过分段控制电流的大小和方向来实现步进电机的转动。
步进电机的分类
步进电机的分类
步进电机分为三大类：
1)反应式步进电机（VAriABle ReluCtAnCe，简称VR）反应式步进电机的转子是由软磁材料制成的，转子中没有绕组。
它的结构简洁，成本距角可以做得很小，但动态性能较差。
反应式步进电机有单段式和多段式两种类型。
2)永磁式步进电机（PermAnent MAgnet），简称PM永磁式步进电机的转子是用永磁材料制成的，转子本身就是一个磁源。
转子的极数和定子的极数相同，所以一般步进角比较大，它输出转矩大，动态性能好，消耗功率小（相比反应式），但启动运行频率较低，还需要正负脉冲供电。
3)混合式步进电机（HyBrid，简称HB）混合式步进电机综合了反应式和永磁式两者的优点。
混合式与传统的反应式相比，结构上转子加有永磁体，以供应软磁材料的工作点，而定子激磁只需供应变化的磁场而不必供应磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高，电流小，发热低。
因永磁体的存在，该电机具有较强的反电势，其自身阻尼作用比较好，使其在运转过程中比较平稳、噪声低、低频振动小。
这种电动机最初是作为一种低速驱动用的沟通同步机设计的，后来发觉假如各相绕组通以脉冲电流，这种电动机也能做步进增量运动。
由于能够开环运行以及掌握系统比较简洁，因此这种电机在工业领域中得到广泛应用。
步进电机的分类;简述步进电机的工作原理
步进电机的分类;简述步进电机的工作原理一、引言步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移的电动机，广泛应用于打印机、数控机床、纺织、医疗器械、精密仪器仪表等设备中。
本文将围绕步进电机的分类和工作原理展开讨论，通过深度和广度兼具的分析，帮助读者更好地理解和应用步进电机。
二、步进电机的分类1. 按照工作原理分类步进电机可以根据其工作原理分为磁性、霍尔效应和混合式步进电机。
其中，磁性步进电机主要由永磁体和电磁线圈构成，它的工作原理是利用电磁线圈中产生的磁场与永磁体磁场之间的吸引和排斥作用来实现转动。
霍尔效应步进电机则是利用霍尔元件检测转子位置而进行步进运动。
混合式步进电机则是将两种原理进行了有机结合，综合了两者的优点，具有较高的精度和扭矩。
2. 按照结构分类步进电机根据结构不同也可分为单转子步进电机和双转子步进电机。
单转子步进电机结构简单，适用于一般的定位应用；双转子步进电机通过在转子上添加转子齿和隔板，可以大大提高定位精度和抗负载能力，适用于高端控制系统。
三、步进电机的工作原理步进电机的工作原理可以简单概括为根据控制信号实现电磁线圈的通断来控制转子旋转。
具体来说，通过电流控制，电磁线圈产生的磁场与永磁体间不断吸引和排斥，从而实现转子的旋转。
步进电机的角位移是由电脉冲信号的频率和数量决定的，不同的驱动方式会影响步进电机的运动特性，通常可采用全步进、半步进和微步进等方式。
四、结论与展望通过对步进电机的分类和工作原理的深度和广度兼具的讨论，相信读者已经对步进电机有了更清晰的理解。
在今后的应用中，我们还可以深入研究步进电机的控制技术、驱动方式以及在不同领域的应用案例，以期更好地发挥步进电机的优势作用。
步进电机作为一种精密定位设备，必将在工业自动化领域发挥越来越重要的作用。
个人观点和理解：在我看来，步进电机作为一种精密定位设备，在工业生产和日常生活中扮演着非常重要的角色。
其高精度、高可靠性的特点使其在自动控制系统中得到广泛应用。
步进电机驱动方式(细分)概述
步进电机驱动方式（细分）概述众所周知，步进电机的驱动方式有整步，半步，细分驱动。
三者即有区别又有联系，目前，市面上很多驱动器支持细分驱动方式。
本文主要描述这三种驱动的概述。
如下图是两相步进电机的内部定子示意图，为了使电机的转子能够连续、平稳地转动，定子必须产生一个连续、平均的磁场。
因为从宏观上看，电机转子始终跟随电机定子合成的磁场方向。
如果定子合成的磁场变化太快，转子跟随不上，这时步进电机就出现失步现象。
既然电机转子是跟随电机定子磁场转动，而电机定子磁场的强度和方向是由定子合成电流决定且成正比。
即只要控制电机的定子电流，则可以达到驱动电机的目的。
下图是两相步进电机的电流合成示意图。
其中Ia是由A-A`相产生，Ib是由B-B`相产生，它们两个合成后产生的电流I就是电机定子的合成电流，它可以代表电机定子产生磁场的大小和方向。
有了以上的步进电机背景描述后，对于步进电机的整步、半步、细分的三种驱动方式，都会是同一种方法，只是电流把一个圆(360°)分割的粗细程序不同。
整步驱动对于整步驱动方式，电机是走一个整步，如对于一个步进角是3.6°的步进电机，整步驱动是每走一步是走3.6°。
下图是整步驱动方式中，电机定子的电流次序示意图：由上图可知，整步驱动每一时刻只有一个相通电，所以这种驱动方式的驱动电路可以是很简单，程序代码也是相对容易实现，且由上图可以得到电机整步驱动相序如下：BB’→A’A→B’B→A A’→B B’下图是这种驱动方式的电流矢量分割图：可见，整步驱动方式的电流矢量把一个圆平均分割成四份。
下图是整步驱动方式的A、B相的电流I vs T图：可以看出，整步驱动描出的正弦波是粗糙的。
使用这种方式驱动步进电机，低速时电机会抖动，噪声会比较大。
但是，这种驱动方式无论在硬件或软件上都是相对简单，从而驱动器制造成本容易得到控制。
半步驱动对于半步驱动方式，电机是走一个半步，如对于一个步进角是3.6°的步进电机，半步驱动是每走一步，是走1.8°(3.6°/2)。
步进电机的原理,分类,细分原理
步进电机原理及使用说明一、前言步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。
在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。
这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。
使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。
虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。
它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。
因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的一种开环线性执行元件，具有无累积误差、成本低、控制简单特点。
产品从相数上分有二、三、四、五相，从步距角上分有0.9°/1.8°、0.36°/0.72°，从规格上分有口42~φ130，从静力矩上分有0.1N•M~40N•M。
签于上述情况，我们决定以广泛的感应子式步进电机为例。
叙述其基本工作原理。
望能对广大用户在选型、使用、及整机改进时有所帮助。
二、感应子式步进电机工作原理（一）反应式步进电机原理由于反应式步进电机工作原理比较简单。
下面先叙述三相反应式步进电机原理。
1、结构：电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。
0、1/3て、2/3て,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示），即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3て，C与齿3向右错开2/3て，A…与齿5相对齐，（A…就是A，齿5就是齿1）下面是定转子的展开图：2、旋转：如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力以下均同）。
如B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3て，此时齿3与C偏移为1/3て，齿4与A偏移（て-1/3て）=2/3て。
步进电机有几种工作方式
步进电机有几种工作方式在现代工业和自动化领域中，步进电机是一种常用的电动机之一。
步进电机具有结构简单、运行稳定、定位准确等优点，被广泛应用于各种设备和系统中。
根据不同的控制方式和工作原理，步进电机可以分为几种不同的工作方式。
1. 开环控制方式开环控制方式是步进电机最基本的工作方式之一。
在开环控制下，系统仅根据输入的脉冲信号来驱动步进电机，而没有反馈信号用于监测电机的实际运动情况。
这意味着系统无法实时调整电机的运行状态，容易出现失步或者误差累积的问题。
开环控制方式适用于一些对定位精度要求不高的场合，成本较低。
2. 半闭环控制方式半闭环控制方式在开环控制的基础上增加了位置传感器或编码器等反馈装置，用于监测步进电机的实际位置信息。
根据反馈信号，系统可以进行部分的位置校正，提高了系统的稳定性和定位精度。
半闭环控制方式适用于一些对定位精度要求较高的场合，但相比全闭环控制，其成本和复杂度较低。
3. 全闭环控制方式全闭环控制方式是步进电机的高级控制方式之一。
在全闭环控制下，系统不仅通过位置传感器获取电机的实际位置信息，还将这些信息反馈给控制器进行实时校正。
这样可以确保步进电机在高速运动或负载变化时仍能保持准确的位置控制，提高了系统的响应速度和稳定性。
全闭环控制方式适用于对精准定位和高速响应要求较高的场合，但相应地增加了系统的成本和调试难度。
4. 微步进控制方式除了以上三种基本的控制方式外，还有一种常见的控制方式是微步进控制。
微步进控制通过改变步进电机的相间电流波形，将每一步的细分成更小的微步，从而使电机的1转动更加平滑和精确。
相较于传统的全步进控制方式，微步进控制可以提高电机的分辨率和平稳性，但也会增加电机的功耗和控制复杂度。
不同的工作方式适用于不同的应用场合，用户可以根据自身需求和预算选择合适的步进电机控制方式。
在实际应用中，需综合考虑定位精度、速度要求、成本限制等因素，选择最适合的控制方式，以达到最佳的工作效果。
步进电动机的种类以及各自的的特点
步进电动机的种类以及各自的的特点步进电动机的种类：通常按励磁方式分为三大类：（1）反应式（VR)：转子为软磁材料，无绕组，定、转子开小齿、步距小。
应用最广。
（2）永磁式（PM）：转子为永磁材料，转子的极数＝每相定子极数，不开小齿，步距角较大，力矩较大。
（3）混合式（ＨB）：转子为永磁式、两段，开小齿，混合反应式与永磁式优点：转矩大、动态性能好、步距角小。
但结构复杂，成本较高。
常用的步进电机以混合式步进电机为主，下面介绍的选型以混合式步进电机来说明图1是两相四线引出，两个绕组单独引出线；图2是两相六线引出，每个绕组多了一个中心抽头引出；图3是两相五相引出，其中两个绕的抽头连接在一起引了；图4是四相八线引出，四个绕组单独引出线。
（注意：这里的相和三相交流电中的“相”的概念不同。
步进机通的是直流电脉冲，这主要是指线路的联接和绕组数的区别）其中以两相四线、两相五线、两相六线的最为常见。
它们的区别在于选择驱动方式：两相四线的步进电机需要选择双极性驱动。
两相五线的步进电机需要选择单极性驱动。
两相六线的步进电机可以选择双极性驱动或者单极性驱动。
（按照电流流过绕组的方向是单向还是双向来区分驱动是单极性还是双极性）由此可以看出，以两相六线的步进电机应用最为灵活，既可以选择是单极性驱动，又可以选择双极性驱动。
由于单极性驱动方式电源利用率不大，现在应用中主要以双极性驱动方式为主，其中以恒流斩波方式的驱动最为广泛。
由于恒流斩波方式的驱动器是控制电机的相电流，所以选择步进电机时考虑好电机的工作速度和对应的力矩，然后根据步进电机的额定电流来选择驱动器。
电机标称的绕组电压与电机的驱动电压没有直接关系。
驱动电压的高低与电机工作速度、输出力矩有关系。
像信浓的步进电机，42、57（42、57指的步进电机外径，单位毫米）系列测试电机转速与力矩关系基本都是用24 VDC的驱动电压，实际应用中可以用5Ｖ～36Ｖ，甚至更高的驱动电压。
提高驱动电压，可以相应提高电机高速时的输出力矩，反之亦然。
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步进电机驱动方式的分类及比较
步进电机驱动方式的分类及比较：步进电机驱动方法的分类主要有恒电压驱动方式、恒电流斩波驱动方式和细分驱动方式。
以下是这几种驱动方式的简介及比较。
1 恒电压驱动方式
1．1 单电压驱动
单电压驱动是指在电机绕组工作过程中，只用一个方向电压对绕组供电。
如图2所示，L为电机绕组，VCC为电源。
当输入信号In为高电平时，提供足够大的基极电流使三极管T处于饱和状态，若忽略其饱和压降，则电源电压全部作用在电机绕组上。
当In为低电平时，三极管截止，绕组无电流通过。
为使通电时绕组电流迅速达到预设电流，串入电阻Rc；为防止关断T时绕组电流变化率太大，而产生很大的反电势将T击穿，在绕组的两端并联一个二极管D和电阻Rd，为绕组电流提供一个泄放回路，也称“续流回路”。
单电压功率驱动电路的优点是电路结构简单、元件少、成本低、可靠性高。
但是由于串入电阻后，功耗加大，整个功率驱动电路的效率较低，仅适合于驱动小功率步进电机。
1．2 高低压驱动
为了使通电时绕组能迅速到达设定电流，关断时绕组电流迅速衰减为零，同时又具有较高的效率，出现了高低压驱动方式。
如图3所示，Th、T1分别为高压管和低压管，Vh、V1分别为高低压电源，Ih、I1分别为高低端的脉冲信号。
在导通前沿用高电压供电来提高电流的前沿上升率，而在前沿过后用低电压来维持绕组的电流。
高低压驱动可获得较好的高频特性，但是由于高压管的导通时间不变，在低频时，绕组获得了过多的能量，容易引起振荡。
可通过改变其高压管导通时间来解决低频振荡问题，然而其控制电路较单电压复杂，可靠性降低，一旦高压管失控，将会因电流太大损坏电机。
2 恒电流斩波驱动方式
2．1 自激式恒电流斩波驱动
图4为自激式恒电流斩波驱动框图。
把步进电机绕组电流值转化为一定比例的电压，与D／A转换器输出的预设值进行比较，控制功率管的开关，从而达到控制绕组相电流的目的。
从理论上讲，自激式恒电流斩波驱动可以将电机绕组的电流控制在某一恒定值。
但由于斩波频率是可变的，会使绕组激起很高的浪涌电压，因而对控制电路产生很大的干扰，容易产生振荡，可靠性大大降低。
2．2 它激式恒电流斩波驱动
为了解决自激式斩波频率可变引起的浪涌电压问题，可在D触发器加一个固定频率的时钟。
这样基本上能解决振荡问题，但仍然存在一些问题。
比如：当比较器输出的导通脉冲刚好介于D触发器的2个时钟上升沿之间时，该控制信号将丢失，一般可通过加大D触发器时钟频率解决。
3 细分驱动方式
这是本文讨论的重点，也是该系统采用的驱动方法。
细分驱动最主要的优点是步距角变小，分辨率提高，且提高了电机的定位精度、启动性能和高频输出转矩；其次，减弱或消除了步进电机的低频振动，降低了步进电机在共振区工作的几率。
可以说细分驱动技术是步进电动机驱动与控制技术的一个飞跃。
细分驱动是指在每次脉冲切换时，不是将绕组的全部电流通入或切除，而是只改变相应绕组中电流的一部分，电动机的合成磁势也只旋转步距角的一部分。
细分驱动时，绕组电流不是一个方波而是阶梯波，额定电流是台阶式的投入或切除。
比如：电流分成n个台阶，转子则需要n次才转过一个步距角，即n细分，
如图5所示。
一般的细分方法只改变某一相的电流，另一相电流保持不变。
如图5所示，在O°～45°，Ia保持不变，Ib由O逐级变大；在45°～90°，Ib保持不变，Ia由额定值逐级变为0。
该方法的优点是控制较为简单，在硬件上容易实现；但由图6所示的电流矢量合成图可知，所合成的矢量幅值是不断变化的，输出力矩也跟着不断变化，从而引起滞后角的不断变化。
当细分数很大、微步距角非常小时，滞后角变化的差值已大于所要求细分的微步距角，使得细分实际上失去了意义。
这就是目前常用的细分方法的缺陷，那么有没有一种方法让矢量角度变化时同时保持幅值不变呢?由上面分析可知，只改变单一相电流是不可能的，那么同时改变两相电流呢?即Ia、Ib以某一数学关系同时变化，保证变化过程中合成矢量幅值始终不变。
基于此，本文建立一种“额定电流可调的等角度恒力矩
细分”驱动方法，以消除力距不断变化引起滞后角的问题。
如图7所示，随着A、B两相相电流Ia、Ib的合成矢量角度不断变化，其幅值始终为圆的半径。
下面介绍合成矢量幅值保持不变的数学模型：当Ia=Im·cosx，Ib=Im·sinx时（式中Im为电流额定值，Ia、Ib为实际的相电流，x由细分数决定），其合成矢量始终为圆的半径，即恒力距。
等角度是指合成的力臂每次旋转的角度一样。
额定电流可调是指可满足各种系列电机的要求。
例如，86系列电机的额定电流为6～8 A，而57系列电机一般不超过6 A，驱动器有各种档位电流可供选择。
细分为对额定电流的细分。
为实现“额定电流可调的等角度恒力距”，理论上只要各相相电流能够满足以上的数学模型即可。
这就要求电流控制精度非常高，不然Ia、Ib所合成的矢量角将出现偏差，即各步步距角不等，细分也失去了意义。
下面给出了基于该驱动方法的驱动器的设计方案。