步进电机步进驱动器原理详细讲解.
步进电机及驱动器原理知识【知识讲解】课件
应用案例二：机器人
机器人是另一个重要的应用领域。步进电机驱动器通 常用于控制机器人的关节运动，如机械臂、腿部等部位。
在机器人中，步进电机驱动器通过控制脉冲信号的频率 和数量，可以精确控制机器人的运动速度和位置。同时， 步进电机驱动器还具有体积小、重量轻、可靠性高等优 点，因此在机器人领域得到了广泛应用。
合适的驱动器。
驱动器的应用实例
要点一
驱动器的应用实例
步进电机驱动器广泛应用于各种自动化设备中，如数控机 床、机器人、打印机等。
要点二
应用实例解析
以数控机床为例，通过使用步进电机驱动器，可以实现高 精度的加工和准确的定位控制，从而提高加工效率和产品 质量。
03
步进电机驱动器的应用领域与案例分析
应用领域
工作原理
步进电机内部通常由一组带有线圈的转子组成。当线圈接收到一个脉冲信号时，会旋转一个角度，从而带动转子 旋转相应的角度。
步进电机的特点与分类
特点
步进电机具有高精度、高分辨率、高可靠性、低噪声等优点，同时也可以适应高频率的脉冲控制。
分类
根据结构和工作原理的不同，步进电机可分为永磁式、反应式和混合式等多种类型。
设计实例与注意事项
实例1
01 某款步进电机驱动器的设计，采用ULN2003芯片，
实现电机正反转和调速功能。
注意事项1
02 在设计过程中，需要考虑输入电源的稳定性以及过流、
过压等保护措施。
注意事项2
03
在调试过程中，需要观察驱动器的输出波形和电机运
行状态，确保正常运行。
谢谢您的聆听
THANKS
步进电机及驱动器原理知识课 件
CONTENTS
• 步进电机原理及特点 • 步进电机驱动器 • 步进电机驱动器的应用领域与
步进电机及驱动器原理知识【知识讲解】课件
步进电机在医疗设备领域的应用逐渐增多，如手 术机器人、诊断设备和康复设备等。
智能家居
步进电机在智能家居领域的应用也日益广泛，如 智能门锁、智能窗帘和智能照明等。
无人机和机器人
步进电机在无人机和机器人领域的应用也取得了 重要进展，如飞行控制系统和机械臂等。
对未来发展的展望
1 2 3
创新驱动 未来步进电机的技术发展将更加依赖于创新驱动， 包括新材料、新工艺和新技术的应用。
在机器人领域的应用
关节驱动
步进电机常用于机器人的 关节驱动，实现机器人的 各种复杂动作和姿态。
移动机构
步进电机可以驱动机器人 的移动机构，实现机器人 在各种地形和环境中的稳 定行走。
操控手部
步进电机可以用于机器人 的手部操作，实现抓取、 搬运和操作等动作的精确 控制。
在其他领域的应用
医疗器械
航空航天
查并紧固相关部件。
过热或冒烟
可能是由于电机过载、电源电 压过高或驱动器故障，需要检 查电机负载、电源电压和驱动 器状态。
噪声或异响
可能是由于轴承磨损、齿轮损 坏或其他机械故障，需要检查 并更换相关部件。
不通电或无响应
可能是由于电源故障、接线不 良或驱动器故障，需要检查电
源、接线和驱动器状态。
05
步进电机发展趋势
驱动器的选择
根据电机类型选择
不同类型的步进电机需要选择相 应的驱动器，例如直流步进电机 需要选择直流步进电机驱动器， 交流步进电机需要选择交流步进
电机驱动器。
根据控制系统选择
不同的控制系统需要选择相应的 驱动器，例如PLC控制系统需要 选择与PLC控制系统兼容的驱动
器。
根据性能要求选择
四相步进电机驱动程序及工作原理
四相步进电机驱动程序及工作原理1. 步进电机的工作原理该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。
只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。
图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。
开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极与转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就与C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就与D、A相绕组磁极产生错齿。
当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线与1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿与C相绕组的磁极对齐。
而0、3号齿与A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就与A、D相绕组磁极产生错齿。
依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。
四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。
单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。
八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。
单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c所示：驱动电路：程序：大家对照一下程序就知道，本程序采用了八拍工作方式**项目：步进电机正反转（EE01学习板演示程序）**一线工人**网站：电子工程师之家#include <reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar codeFFW[8]={0xf1,0xf3,0xf2,0xf6,0xf4,0xfc,0xf8,0xf9};uchar code REV[8]={0xf9,0xf8,0xfc,0xf4,0xf6,0xf2,0xf3,0xf1};/* 延时t毫秒/* 11.0592MHz时钟，延时约1msvoid delay(uint t)uint k;while(t--)for(k=0; k<123; k++)/*步进电机正转void motor_ffw(uint n)uchar i;uint j;for (j=0; j<12*n; j++) //转1×n圈for (i=0; i<8; i++) //一个周期转30度P0 = FFW; //取数据delay(15); //调节转速/*步进电机反转void motor_rev(uint n)uchar i;uint j;for (j=0; j<12*n; j++) //转1×n圈for (i=0; i<8; i++) //一个周期转30度P0 = REV; //取数据delay(15); //调节转速* 主程序main()while(1)motor_ffw(5); //电机正转delay(1000); //换向延时motor_rev(5); //电机反转delay(1000); //换向延时。
步进电机驱动器工作原理
步进电机驱动器的工作原理步进电机在控制系统中具有广泛的应用。
它可以把脉冲信号转换成角位移，并且可用作电磁制动轮、电磁差分器、或角位移发生器等。
有时从一些旧设备上拆下的步进电机(这种电机一般没有损坏)要改作它用，一般需自己设计驱动器。
本文介绍的就是为从一日本产旧式打印机上拆下的步进电机而设计的驱动器。
本文先介绍该步进电机的工作原理，然后介绍了其驱动器的软、硬件设计。
1. 步进电机的工作原理该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。
只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。
图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。
图1 四相步进电机步进示意图开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。
当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。
而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。
依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。
四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。
单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。
八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。
单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c所示：图2.步进电机工作时序波形图2.基于AT89C2051的步进电机驱动器系统电路原理图3 步进电机驱动器系统电路原理图AT89C2051将控制脉冲从P1口的P1.4～P1.7输出，经74LS14反相后进入9014，经9014放大后控制光电开关，光电隔离后，由功率管TIP122将脉冲信号进行电压和电流放大，驱动步进电机的各相绕组。
步进电机驱动器的工作原理
步进电机驱动器的工作原理步进电机在控制系统中具有广泛的应用。
它可以把脉冲信号转换成角位移，并且可用作电磁制动轮、电磁差分器、或角位移发生器等。
有时从一些旧设备上拆下的步进电机(这种电机一般没有损坏)要改作它用，一般需自己设计驱动器。
本文介绍的就是为从一日本产旧式打印机上拆下的步进电机而设计的驱动器。
本文先介绍该步进电机的工作原理，然后介绍了其驱动器的软、硬件设计。
1. 步进电机的工作原理该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。
只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。
图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。
图1 四相步进电机步进示意图开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。
当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。
而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。
依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。
四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。
单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。
八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。
单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c所示：图2.步进电机工作时序波形图2.基于AT89C2051的步进电机驱动器系统电路原理图3 步进电机驱动器系统电路原理图AT89C2051将控制脉冲从P1口的P1.4～P1.7输出，经74LS14反相后进入9014，经9014放大后控制光电开关，光电隔离后，由功率管TIP122将脉冲信号进行电压和电流放大，驱动步进电机的各相绕组。
步进驱动器工作原理
步进驱动器工作原理步进驱动器是一种常见的电机驱动器，它通过控制电流来实现精确的位置控制，适用于需要精准定位的场合。
步进驱动器的工作原理主要包括步进电机、控制器和电源三个部分。
首先，我们来看步进电机的工作原理。
步进电机是一种特殊的电机，它通过将电流按照特定的顺序施加到电机的线圈上，来实现转子的精确旋转。
步进电机的转子是由多个磁极组成的，而定子上的线圈则可以通过控制电流的方向和大小来吸引或者排斥转子上的磁极，从而驱动转子旋转。
步进电机的转子可以根据电流的改变而精确地旋转到预定的位置，因此非常适合需要精准控制的场合。
其次，控制器是步进驱动器的核心部分，它负责控制步进电机的运动。
控制器可以根据外部输入的指令，通过改变电流的方向和大小来驱动步进电机。
控制器通常会根据步进电机的特性和外部指令的要求，生成相应的控制信号，以实现步进电机的精准控制。
通过控制器，我们可以实现步进电机的正转、反转、定位、加减速等功能，从而满足不同场合的需求。
最后，电源是步进驱动器的能量来源，它为步进电机和控制器提供所需的电能。
电源通常会将交流电或直流电转换为步进电机和控制器所需的电流和电压，以确保它们正常工作。
电源的稳定性和电流输出的准确性对步进驱动器的性能有着重要的影响，因此在选择和设计电源时需要特别注意。
综上所述，步进驱动器的工作原理主要包括步进电机、控制器和电源三个部分。
通过控制电流的方向和大小，步进驱动器可以实现精准的位置控制，适用于需要精准定位的场合。
步进驱动器在各种自动化设备和精密仪器中有着广泛的应用，它的工作原理和性能对于设备的稳定性和精度有着重要的影响。
希望通过本文的介绍，读者能对步进驱动器的工作原理有一个更加清晰的认识。
步进电机及驱动器工作原理
1、步进电机是一种作为控制用的特种电机, 它的旋转是以固定的角度(称为"步距角")一步一步运行的, 其特点是没有积累误差(精度为100%), 所以广泛应用于各种开环控制。
步进电机的运行要有一电子装置进行驱动, 这种装置就是步进电机驱动器, 它是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移, 或者说: 控制系统每发一个脉冲信号, 通过驱动器就使步进电机旋转一步距角。
所以步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。
所以，控制步进脉冲信号的频率，可以对电机精确调速；控制步进脉冲的个数，可以对电机精确定位目的；2、步进电机通过细分驱动器的驱动，其步距角变小了，如驱动器工作在10细分状态时，其步距角只为‘电机固有步距角‘的十分之一，也就是说：‘当驱动器工作在不细分的整步状态时，控制系统每发一个步进脉冲，电机转动1.8°；而用细分驱动器工作在10细分状态时，电机只转动了0.18° ‘，这就是细分的基本概念。
细分功能完全是由驱动器靠精确控制电机的相电流所产生，与电机无关。
3、驱动器细分有什么优点，为什么一定建议使用细分功能？驱动器细分后的主要优点为：完全消除了电机的低频振荡。
低频振荡是步进电机（尤其是反应式电机）的固有特性，而细分是消除它的唯一途径，如果您的步进电机有时要在共振区工作（如走圆弧），选择细分驱动器是唯一的选择。
提高了电机的输出转矩。
尤其是对三相反应式电机，其力矩比不细分时提高约30-40% 。
提高了电机的分辨率。
由于减小了步距角、提高了步距的均匀度，‘提高电机的分辨率‘是不言而喻的。
细分的基木概念为:步进电机通过细分驱动器的驱动，其步距角变小了。
如驱动器工作在10细分状态时，其步距角只为‘电机固有步距角’的十分之一，也就是:当驱动器工作在不细分的整步状态时，控制系统每发一个步进脉冲，电机转动1.80;而用细分驱动器工作在10细分状态时，电机只转动了0.180。
简述步进电机的工作原理
简述步进电机的工作原理步进电机是一种特殊的电动机，其运动是由控制信号驱动的，每次控制信号的到来会使电机向前或向后转动一定的角度。
步进电机的工作原理是通过电磁场的变化来实现转动。
本文将从步进电机的结构、原理、分类及应用等方面进行详细阐述。
一、步进电机的结构步进电机由转子和定子两部分组成。
转子是由一组磁极组成，通常有两种类型：永磁转子和电磁转子。
定子是由一组线圈组成，线圈的数目和磁极数目相等。
当通电时，定子线圈中会产生磁场，与磁极相互作用，从而使转子转动。
二、步进电机的原理步进电机的原理是利用电磁场的变化来实现转动。
当定子线圈通电时，会产生磁场，磁场会与转子的磁极相互作用，从而使转子转动。
通常情况下，步进电机是通过控制信号来控制定子线圈的通断，从而实现电机的转动。
控制信号的波形可以是脉冲信号、方波信号等。
三、步进电机的分类步进电机根据其结构和工作原理的不同，可以分为以下几种类型： 1、永磁式步进电机永磁式步进电机的转子由永磁体组成，定子由线圈组成。
当定子线圈通电时，会产生磁场，与永磁体相互作用，从而使转子转动。
永磁式步进电机具有结构简单、工作可靠、转矩大等优点。
2、单相步进电机单相步进电机是一种简单的步进电机，由一组线圈和一个铁芯组成。
当线圈通电时，会产生磁场，与铁芯相互作用，从而使转子转动。
单相步进电机的结构简单，但转矩较小，通常用于一些低功率的应用。
3、双相步进电机双相步进电机是一种常用的步进电机，由两组线圈和一个铁芯组成。
当两组线圈交替通电时，会产生磁场，与铁芯相互作用，从而使转子转动。
双相步进电机具有转矩大、精度高等优点，广泛应用于一些自动化设备中。
4、混合式步进电机混合式步进电机是一种综合了永磁式和电磁式步进电机的特点的电机。
其转子由永磁体和电磁线圈组成，具有转矩大、精度高等优点，广泛应用于一些高精度的自动化设备中。
四、步进电机的应用步进电机具有结构简单、精度高、转矩大等优点，广泛应用于一些自动化设备中。
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单位：厦门热龙智能科技有限公司
2016年1月19日
主要内容
步进电动机简介
驱动器简介
电机选型计算方法 计算例题
电机接线
评判步进系统好坏的依据 使用过程中常见问题及原因分析
步进驱动系统的常见问题 （FAQ)
步进电动机与交流伺服电动机的性能比较 驱动器产品测试对比
一、步进电动机简介
二、步进驱动器简介
步进驱动器：是一种能使步进电机运转的功率放大器，能把控制器
发来的脉冲信号转化为步进电机的角位移，电机的转速与脉冲频率
成正比，所以控制脉冲频率可以精确调速，控制脉冲数就可以精确 定位。
电机控制原理图
1. 恒流驱动
恒流控制的基本思想是通过控制主 电路中MOSFET的导通时间，即调节 MOSFET触发信号的脉冲宽度，来达 到控制输出驱动电压进而控制电机 绕组电流的目的。
1 2 Z rTk J
⑥ 中高频稳定性
电机的固有频率估算值： f 0
式中：Zr为转子齿数；Tk为电机负载转矩；J为转子转动贯量
二、步进驱动器简介
1. 恒流驱动 2. 单极性驱动
3. 双极性驱动
4. 微步驱动 5. 步进电动机的闭环伺服控制 6. 导通和截止时的电机绕组电流和电压的关系 7. 电压和电流与转速、转矩的关系
运转。其步距状态的移动会产生1 步距响应。
1 步距响应图
电机驱动电压越高，电机电流越大，负载越轻，电机体积越小， 则共振区向上偏移，反之亦然。步进电机低速转动时振动和噪声 大是其固有的缺点，克服两相混合式步进电机在低速运转时的振 动和噪声方法：
a. b. c. d. e. f. g. 通过改变减速比等机械传动避开共振区； 采用带有细分功能的驱动器； 换成步距角更小的步进电机； 选用电感较大的电机 换成交流伺服电机，几乎可以完全克服震动和噪声，但成本高； 采用小电流、低电压来驱动。 在电机轴上加磁性阻尼器；
混合式步进电机。我国在80年代以前，一直是反应式步进电机占 统治地位，混合式步进电机是80年代后期才开始发展。
2. 步进电动机的定义：是一种专门用于速度和位置精确控制的
特种电机，它旋转是以固定的角度（称为步距角）一步一步运行 的，故称步进电机。 3. 步进电动机的工作原理 以单极性电机为例来解释 工作原理
H桥恒频斩波恒相流驱动电路原理框图
电流PWM细分驱动电路示意图
2. 单极性驱动
单极性驱动原理图
3. 双极性驱动
双极性驱动原理图
4. 微步驱动
微步驱动技术是一种电流波形控制技术。其基本思想是控制每相绕 组电流的波形，使其阶梯上升或下降，即在0和最大值之间给出多 个稳定的中间状态，定子磁场的旋转过程中也就有了多个稳定的中 间状态，对应于电机转子旋转的步数增多、步距角减小。采用细分 驱动技术可以大大提高步进电机的步矩分辨率，减小转矩波动，避 免低频共振及降低运行噪声
驱动器工作在10细分状态 驱动器工作在20细分状态 驱动器工作在40细分状态
0.36°
0.18° 0.09° 0.045°
实用公式：转速(r/s）=脉冲频率 /（电机每转整步数*细分数）
V (r / Biblioteka ) P e 360 m
V：电机转速（R/S）；P：脉冲频率（Hz）；θe：电机固有步距角；
1. 步进电动机的历史 2. 步进电动机的定义
3.
4. 5. 6. 7.
步进电动机的工作原理
步进电动机的机座号 步进电动机构造 步进电动机主要参数 步进电动机的特点
一、步进电动机简介
1. 步进电动机的历史：德国百格拉公司于1973年发明了五相混
合式步进电机及其驱动器；1993年又推出了性能更加优越的三相
电动机构造图
转轴成平行方向的断面图
6. 步进电动机主要参数 ① 步进电机的相数：是指电机内部的线圈组数，目前常用的有 两相、三相、五相步进电机。
② 拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态，用m
表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数。 ③ 保持转矩：是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子 的力矩。 ④ 步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移。 ⑤ 定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩。 ⑥ 失步：电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。 ⑦ 失调角：转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在 失调角，由失调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的。 ⑧ 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 。
m：细分数（整步为1，半步为2）
电机绕组电流波形分析
5. 步进电动机的闭环伺服控制
步进电动机矢量控制位置伺服系统框图
系统硬件结构原理图
6、导通和截止时的电机绕组电流和电压的关系
当T导通时有：
di1 U Ri1 L E dt
4. 步进电动机的机座号：主要有35、39、42、57、86、110等
5. 步进电动机构造：由转子（转子铁芯、永磁体、转轴、滚珠
轴承），定子（绕组、定子铁芯），前后端盖等组成。最典型两相 混合式步进电机的定子有8个大齿，40个小齿，转子有50个小齿；
三相电机的定子有9个大齿，45个小齿，转子有50个小齿。
步进电动机微步驱动电路基本结构框图
步距角：控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。 电机固有步距角 所用驱动器类型及工作状态 0.9°/1.8° 驱动器工作在半步状态 电机运行时的真正步距角 0.9°
0.9°/1.8°
0.9°/1.8° 0.9°/1.8° 0.9°/1.8°
驱动器工作在5细分状态
7. 步进电机的特点 ① 一般步进电机的精度为步距角的3-5%，且不累积； ② 步进电机外表允许的最高温度取决于不同电机磁性材料的退磁点； ③ 步进电机的力矩会随转速的升高而下降（U=E+L(di/dt)+I*R）
矩频特性曲线
④ 空载启动频率：即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉
冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能 发生丢步或堵转。 步进电机的起步速度一般在10~100RPM，伺服电机的起步 速度一般在100~300RPM。根据电机大小和负载情况而定， 大电机一般对应较低的起步速度。 ⑤ 低频振动特性：步进电动机以连续的步距状态边移动边重复