步进电机控制入门讲解.
步进电机控制方法及编程实例
步进电机控制方法及编程实例
步进电机在现代自动化控制系统中广泛应用，其精准的位置控制和相对简单的驱动方式使其成为许多工业和家用设备中的理想选择。
本文将介绍步进电机的控制方法及编程实例，帮助读者更好地理解和应用这一技术。
步进电机的基本原理
步进电机是一种将电能转换为机械能的电机，其运行原理基于磁场相互作用。
步进电机内部包含多个电磁线圈，根据电流方向和大小的不同来控制转子的运动。
通过逐个激活线圈，可以实现步进电机的准确位置控制，使其能够按照指定的步长旋转。
步进电机的控制方法
1.单相激励控制：最简单的步进电机控制方式之一。
通过依次激活每一相的线圈，
使电机按照固定步长旋转。
这种方法控制简单，但稳定性较差。
2.双相正交控制：采用两相电流的正交控制方式，提高了步进电机的稳定性和精
度。
可以实现正向和反向旋转，常用于对位置要求较高的应用场景。
3.微步进控制：将步进电机每个步进细分为多个微步进，以提高控制精度和减小振
动。
虽然增加了控制复杂度，但可以获得更平滑的运动和更高的分辨率。
步进电机的编程实例
下面以Python语言为例，演示如何通过控制步进电机的相序来实现简单的旋转控制。
通过以上代码，可以实现对步进电机的简单控制，按照设定的相序进行旋转，实现基本的位置控制功能。
结语
步进电机是一种常用的精准位置控制设备，掌握其控制方法和编程技巧对于工程师和爱好者来说都是有益的。
希望本文介绍的步进电机控制方法及编程实例能够帮助读者更好地理解和应用这一技术。
s7-200步进电机控制s-200步进电机控制s7-200步进电机控制s7-200步进电机控制
PTOx_RUN子程序（运行轮廓）
• PTOx_RUN子程序（运行轮廓）命 令PLC执行存储于配置／轮廓表的 特定轮廓中的运动操作。开启EN位 会启用此子程序。在懲瓿蓲位发出 子程序执行已经完成的信号前，请 确定EN位保持开启。
• 现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、 永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相 式步进电机等。
• 电机固有步距角：
• 它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所 转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值 。
• 如86BYG250A型电机给出的值为0.9°/1.8°（表 示半步工作时为0.9°、整步工作时为1.8°）， 这个步距角可以称之为‘电机固有步距角’，它 不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的 步距角和驱动器有关。
• Error（错误）参数包含本子程序的结果。 如果PTO向导的HSC计数器功能已启用， C_Pos参数包含用脉冲数目表示的模块； 否则此数值始终为零。
编程
运行。 • 脉宽时间 = 0 占空比为0%：输出关闭。 • 周期 < 2个时间单位 周期的默认值为两个时间单
位。
• PTO操作
• PTO为指定的脉冲数和指定的周期提供方 波（50%占空比）输出。PTO可提供单脉冲 串或多脉冲串（使用脉冲轮廓）。您指定 脉冲数和周期（以微秒或毫秒递增）。
• 周期范围从10微秒至65,535微秒或从2毫秒 至65,535毫秒。
产生一个高速脉冲串或一个脉冲调制波形。 • Q0.0 • Q0.1
• 当Q0.0/Q0.1作为高速输出点使用时，其普 通输出点禁用，反之。
第3章 步进电动机的控制-1
这种反应式步进电动机的步距角较大，不适合一般用途的要求。
4.小步距角步进电动机
图3-1所示为三相反应式步进电动机。设m为相数，z为 转子的齿数则齿距：
tb 360 z
因为每通电一次（即运行一拍），转子就走一步，各 相绕组轮流通电一次，转子就转过一个齿距。故步距角：
b
齿距 拍数 齿距 Km 360 Km z
通电方式: 从一相通电改换成另一相通电，即通电方式改变一次叫 “一拍”。步进电动机有单相轮流通电、双相轮流通电和单 双相轮流通电的方式。
3.多段反应式步进电机结构及工作原理
前面介绍的单段反应式步进电机是按 径向分相的，此外，还有一种反应式 步进电机是按轴向分相，这种步进电 机又称为多段反应式步进电机。 多段反应式步进电机是沿轴向分成磁 性相对独立的几段，每一段都有一组 励磁绕组，形成一相，因此，三相电 动机有三段，其结构如图3-2所示。 图3-2 三段三相反应式步进电动 机结构原理图
一、步进电动机的种类
1.按运动方式来分：分为旋转运动、直线运动、平面运动（印刷绕组式）和 滚切运动式步进电机。 2.按工作原理来分：分为反应式(磁阻式)、电磁式、永磁式、永磁感应式 （混合式）步进电机。 3.按其工作方式来分：分为功率式和伺服式。前者输出转矩较大，能直接带 动较大的负载；后者输出转矩较小，只能带动较小的负载，对于大负载需通 过液压放大元件来传动。 4.按结构来分：分为单段式（径向式）、多段式（轴向式）、印刷绕组式。 5.按相数来分：分为三相、四相、五相、六相等。 6.按使用频率来分：分为高频步进电机和低频步进电机。 不同类型步进电机其工作原理、驱动装臵也不完全一样，但其工作过程 基本是相同的。
（3-2）
若通电方式和系统的传动比已初步确定，则步距角应满足:
步进电机知识详解，再不怕看不懂步进电机了！
步进电机知识详解，再不怕看不懂步进电机了！步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。
随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。
作为电力人对步进电机的也不能仅限于认识而已，应该深入了解它的结构、基本原理以及应用，接下来小七将从三个方面带大家全面认识步进电机。
PART1.01什么是步进电机步进电机是一种直接将电脉冲转化为机械运动的机电装置，通过控制施加在电机线圈上的电脉冲顺序、频率和数量，可以实现对步进电机的转向、速度和旋转角度的控制。
在不借助带位置感应的闭环反馈控制系统的情况下、使用步进电机与其配套的驱动器共同组成的控制简便、低成本的开环控制系统，就可以实现精确的位置和速度控制。
02基本结构和工作原理基本结构：工作原理：步进电机驱动器根据外来的控制脉冲和方向信号，通过其内部的逻辑电路，控制步进电机的绕组以一定的时序正向或反向通电，使得电机正向/反向旋转，或者锁定。
以1.8度两相步进电机为例：当两相绕组都通电励磁时，电机输出轴将静止并锁定位置。
在额定电流下使电机保持锁定的最大力矩为保持力矩。
如果其中一相绕组的电流发生了变向，则电机将顺着一个既定方向旋转一步（1.8度）。
同理，如果是另外一项绕组的电流发生了变向，则电机将顺着与前者相反的方向旋转一步（1.8度）。
当通过线圈绕组的电流按顺序依次变向励磁时，则电机会顺着既定的方向实现连续旋转步进，运行精度非常高。
对于1.8度两相步进电机旋转一周需200步。
两相步进电机有两种绕组形式：双极性和单极性。
双极性电机每相上只有一个绕组线圈，电机连续旋转时电流要在同一线圈内依次变向励磁，驱动电路设计上需要八个电子开关进行顺序切换。
单极性电机每相上有两个极性相反的绕组线圈，电机连续旋转时只要交替对同一相上的两个绕组线圈进行通电励磁。
驱动电路设计上只需要四个电子开关。
在双极性驱动模式下，因为每相的绕组线圈为100%励磁，所以双极性驱动模式下电机的输出力矩比单极性驱动模式下提高了约40%。
步进电机及其控制讲义
步进电机及其控制【实验目的】熟悉步进电机的结构和驱动方式掌握用AT89S52来控制步进电机的方法进一步熟悉EDA实验平台【实验器材】EDA实验箱、PC机、DB25-ISP下载线、USB转换线、USB-BLASTER编程器等软件：Quatus II 、Keil uVision2、ISPlay等【实验原理】步进电机(stepping motor)是一种以脉冲控制的转动设备，由于是以脉冲驱动，很适合以数字或微型计算机来控制，做一又把它当成是一种数字设备。
1、步进电机的结构：步进电机与一般电机结构类似，除了托架、外壳之外，就是转子和定子，比较特殊的是其转子与定子上有许多细小的齿，如图1所示。
转子为永久磁铁，线圈绕在定子上。
根据项圈的配置，步进电机可以分为2相、4相、5相等，如图2所示。
比较常用的是2相的步进电机。
其中包括两组具有中间抽头的线圈，A、com1、A为一组，B、com2、B为另一组。
两相5线式步进电机就是将其中的com1和com2连接。
图1：步进电机的基本结构图2：步进电机的种类2、步进电机步进角度的计算顾名思义，步进电机就是一步步走的电机，其转子与定子的齿，决定了其每布的间距。
如图3所示。
图3：步进电机的齿间距若转子上有N 个齿，则其齿间距θ为：N360︒==转子齿间距θ而步进角度δ为：P22θδ=⨯=相数转子齿间距以常用的2相式50齿步进电机为例，θ=360°/50=7.2°δ=7.2°/(2×2)=1.8°3、步进电机的驱动:步进电机的驱动是靠定子线圈激磁后，将邻近转子上相异磁极吸引过来实现的。
因此，线圈排列的顺序，以及激磁信号的顺序就很重要。
以2相式步进电机为例，其驱动信号有1相驱动、2相驱动和1-2相驱动三种。
图4：步进电机的驱动方式：1相驱动、2相驱动和1-2相驱动。
（1）、1相驱动：任何一个时间，只有一组线圈被激磁，其他线圈在休息，因此产生的力矩较小，但这种激磁方式最简单，信号依次为：1000-0100-0010-0001-1000……（正转）0001-0010-0100-1000-0001……（反转）有四种不同的信号呈现周期性的变化。
如何控制步进电机速度(即如何计算脉冲频率)
如何控制步进电机速度（即如何计算脉冲频率）步进电机是一种常用的控制器件，它通过接收脉冲信号来进行精确的位置控制。
控制步进电机的速度就是控制脉冲的频率，也就是发送给电机的脉冲数目和时间的关系。
下面将介绍几种常见的方法来控制步进电机的速度。
1.简单定频控制方法：这种方法通过固定每秒脉冲数（也称为频率）来控制步进电机的速度。
通常，在开发步进电机控制系统时，我们会选择一个合适的频率，然后通过改变脉冲的间隔时间来调整步进电机的速度。
脉冲频率可以通过以下公式计算：频率=目标速度（转/秒）×每转需要的脉冲数。
2.脉冲宽度调制（PWM）控制方法：使用PWM调制技术可以在不改变脉冲频率的情况下改变脉冲的时间宽度，从而控制步进电机的速度。
通过改变每个脉冲的高电平时间和低电平时间的比例，可以实现步进电机的速度控制。
较长的高电平时间会导致步进电机转动较快，而较短的高电平时间会导致步进电机转动较慢。
3.脉冲加速与减速控制方法：步进电机的加速和减速是通过改变脉冲信号的频率和间隔时间来实现的。
在加速时，脉冲的频率逐渐增加，间隔时间逐渐减小，从而使步进电机从静止状态加速到目标速度。
在减速时，脉冲的频率逐渐减小，间隔时间逐渐增加，从而使步进电机从目标速度减速到静止状态。
在实际应用中，可以通过编程控制脉冲信号的频率来控制步进电机的速度。
根据不同的需求，可以选择适合的控制方法来实现步进电机的精准控制。
除了控制脉冲频率，步进电机的速度还受到其他因素的影响，如驱动器的最大输出速度、电机的最大速度等。
因此，在进行步进电机速度控制时，还需要考虑这些因素，并做好相应的调整以确保步进电机的正常运行。
步进电机控制方法
步进电机控制方法步进电机是一种常见的电动执行器，广泛应用于各个领域的控制系统中。
它具有结构简单、控制方便、定位精度高等优点，是现代自动化控制系统中必不可少的重要组成部分。
本文将从基本原理、控制方法、应用案例等方面对步进电机进行详细介绍。
1. 基本原理步进电机是一种通过输入控制信号使电机转动一个固定角度的电机。
其基本原理是借助于电磁原理，通过交替激励电机的不同线圈，使电机以一个固定的步距旋转。
步进电机通常由定子和转子两部分组成，定子上布置有若干个线圈，而转子则包含若干个极对磁体。
2. 控制方法步进电机的控制方法主要包括开环控制和闭环控制两种。
开环控制是指根据既定的输入信号频率和相位来驱动电机，控制电机旋转到所需位置。
这种方法简单直接，但存在定位误差和系统响应不稳定的问题。
闭环控制则是在开环控制的基础上，增加了位置反馈系统，通过不断校正电机的实际位置来实现更精确的控制。
闭环控制方法相对复杂，但可以提高系统的定位精度和响应速度。
3. 控制算法控制步进电机的常用算法有两种，一种是全步进算法，另一种是半步进算法。
全步进算法是指将电流逐个向电机的不同线圈通入，使其按照固定的步长旋转。
而半步进算法则是将电流逐渐增加或减小，使电机能够以更小的步长进行旋转。
半步进算法相对全步进算法而言，可以实现更高的旋转精度和更平滑的运动。
4. 应用案例步进电机广泛应用于各个领域的控制系统中。
例如，在机械领域中，步进电机被用于驱动数控机床、3D打印机等设备，实现精确的定位和运动控制。
在医疗设备领域，步进电机被应用于手术机器人、影像设备等，为医疗操作提供准确定位和精确运动。
此外，步进电机还广泛应用于家用电器、汽车控制、航空航天等领域。
总结：步进电机作为一种常见的电动执行器，具有结构简单、控制方便、定位精度高等优点，在自动化控制系统中扮演着重要的角色。
通过本文的介绍，我们了解到步进电机的基本原理、控制方法、算法以及应用案例等方面的知识。
步进电机控制系统浅析
步进电机控制系统浅析
步进电机控制系统是一种常见的电机控制系统，常用于工业自动化、印刷设备、医疗设备等领域。
它通过精确控制电机的运动角度和速度，实现精准定位和运动控制。
步进电机具有以下特点：步进角度固定、响应时间短、精度高、输出力矩大、结构简单、使用寿命长等。
步进电机的控制原理是利用电流的正反向切换来控制电机转动的步进角度。
控制系统通常包括驱动电路、控制器和电源三部分。
驱动电路是步进电机控制系统的核心，它将控制信号转换为电机的信号，驱动电机旋转。
常用的驱动电路有两相步进电机驱动、三相步进电机驱动和四相步进电机驱动。
四相步进电机驱动最为常见。
驱动电路通常由晶体管或集成电路构成，可根据具体需求选择不同的驱动方式。
控制器是步进电机控制系统的核心，它接受控制信号，根据需要生成驱动电路所需的信号，并传递给驱动电路，控制电机转动。
控制器可以由单片机、PLC、DSP等实现，单片机最为常用。
控制器根据接收到的控制信号，生成相应的驱动信号和脉冲信号，通过驱动电路控制电机的转动。
电源为步进电机提供工作电压和电流，是步进电机控制系统的重要组成部分。
电源需要根据步进电机的额定电压和电流进行选择，以保证系统正常工作。
电源通常包括直流电源和交流电源两种，根据具体需求选择不同类型的电源。
步进电机控制系统的优点是可以实现高精度、高可靠性的定位控制，适用于需要精确定位和运动控制的领域。
它简单可靠，使用寿命长，成本较低。
但也存在一些缺点，如控制器复杂性较高，对驱动电路要求较高，需要较高的控制精度。
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快速衰减 力矩会变小 慢速衰减力矩会曾大
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上位机软件 配合前面所讲的 速度计算公式 主要用的是第一行
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• 1.步进电机控制相对复杂 涉及程序，电子， 数学，物理，以及材料等，这里只是用通 俗简单语言，讲怎么去控制步进电机，希 望对入门的朋友有用。 • 2.有不对的地方，还请大家指正，多谢！ • 3.最后感谢大家看完，多提宝贵意见。
步进电机加速控制
1.步进电机 多数矩频特性 也就是力矩曲线 就指数下降型 2.那么我们加用加速曲线 也应该用指数曲线型 低数加速快，高速加速慢 3.为了获得更好的刹车效果 可以将指数曲线优化 稍微像一个S型 4.带负载启动时 要比启动频率低 ，正常运转又要比最高频率低。 5.如下图
1. 2. 3.
H桥驱动 衰减模式
• • • • • • 运动控制系统里匹配步进电机和驱动器的5个简单步骤： 1. 选择合适的电机（基于对速度和转矩的要求）。 2. 确认电机技术指标中各相电感之间误差在±5%以内。 3. 选择合适的驱动器。如果可能的话，获得驱动器输出的电流波形图。 4. 确认驱动器上有提高运行平稳性的功能或者选项，如调节续流阻尼深度（慢速或者快速电流衰减）或可调整电流 波形的电位器。 5. 根据驱动器特性匹配电机电感量。通常说来，高电感量电机低速性能较好，但是需要驱动器具备高电流阻尼（快 速续流），能让电流在续流期间快速下降。阻尼有助于电感的快速放电。低电感量电机高速性能好，如果驱动器能 提供较低的电流阻尼（慢速续流），那么这些电机将呈现出良好的工作特性，因为他们在电感能量泄放过程中无需 特别的阻尼帮助。对于一些电感量中等的电机来说，可以选择具备混合续流能力的驱动器。 6.电机快速时 一般采用快速衰减模式 低速时采用慢速衰减模式。 7.现在的步进电机细分的方式基本上都是电流细分法，将相电流按正弦波相切得到的电流点作为细分点。在相电流 达到细分点时就要控制电流进行控制衰减，否则得话就会出现角度过冲也就无法准确的停留在细分角度上。电机的 速度不同选择的衰减模式不同。高速时快衰减、低速时慢衰减。高速时慢衰减就会出现震动大、噪音高等问题。低 速时选择快衰减就会导致电机无力严重时会出现定位不准。电机控制IC上的电流衰减所针对的是H桥开关管的控制 模式。慢衰减时高侧管关闭，快衰减时高低侧管都关闭。混合衰减是先是以快速衰减然后以慢速衰减，混合衰减的 时间比例因芯片和功率也个不相同。
• •
H桥驱动 衰减模式
• • • • • • • • • • • • • • • • • • 电流衰减模式特点及应用 ①缓慢衰减模式的特点： 马达在缓慢衰减时由于输出电流稳定的减少，所以电流的波纹会比较小，对 马达转距会比较有利，但是在小电流的领域里，会因为电流的控制恶化造成输出 电流增加，而且在半步进、四分之一步进模式下容易受到高脉冲频率驱动时马达 反向电动势的影响，所以它不会随着电流限制值的变化而变化，会造成电流波形 变形和马达震动。所以它比较适合在全步进模式或者低脉冲频率驱动时的半步进 模式、四分之一步进模式使用。 ②快速衰减模式的特点 马达在快速衰减时由于输出电流急速减少，所以可以减低在高速驱动时电流 波形的变形，但是输出电流的波纹会变大这会使平均电流下降（可以加大电流限 制值来改善，但是也要考虑到输出额定电流），造成：①马达转距的降低；②马 达的损失变大，增加发热。在没有①和②的问题下适合高速驱动的半步和四分之 一步模式。 ③混合衰减模式的特点 混合衰减模式就是针对于上面所说的缓慢衰减模式、快速衰减模式所发生问 题的改善方式。在混合衰减模式中电流衰减因为快速衰减和缓慢衰减的切换不会 造成纹波电流的增大，可以改善电流的控制性.
矢量控制
速度 V2 V3
V1
T3
位置
1.当目标位置T2 < 当前位置T0 减速 并反转，加速 ，匀速 到指定位置 2.当目标位置T1，T3 > 当前位置T0 加速 匀速 到指定位置
矢量控制
1.V1 V2 最高速度？ 为总行程的 1/3 少 或更少 根需要 还有负载情况 2.V3 什么时候减速？ 加速多少 减速多少。这要根据负载情况 3.关于负载的计算 这里举例 克服摩擦做功的例子
步进电机启动频率
1.步进电机 空载启动频率 一般可以到 1KHZ 2.但是根据带负载的不同 会有所降低 需要实际测试。 3.下面是计算方法 4.为了快速平稳到达目标位置 过低太慢，过高失步。要适中。
加减速度控制
1.用计算机 计算 查表方法 计算快速 2.根据需要采用离散法 对S曲线 拟合。 为方便使用已经整理成上位机软件。
二相四拍 步进电机驱动 波形
步进电机控制入门
步进电机控制入门
4相8拍 驱动波形
步进电机控制入门
步进电机控制入门
1.L6205+L6506 才能恒流驱动 2.恒流驱动的好处 就是慢速的时候基本不 受电机电感的影响，使得微步距比较均匀。 3.当然为了降低成本 直接采用H桥也是可 行的。 4.下面就以L6205为例 SPWM控制 5.右图 正弦波 就代表 PWM占空比的多少 6.占空比为100 和0%时为最大力矩 50% 电流为0 SIN-SIN =》SIN 原理 高电平减去低电平时导通 的 电流就是此 时的电流。 然后将这个占空比依次调整为按正弦变化。 7.L6205已经包含1US死区，如果是其它 MOS需要插入死区 以免H桥损坏。
步进电机控制入门
步进电机入门控制讲解
1.步进电机结构-混合式步进电机 2.细分控制原理 3.H桥驱动方法 驱动 L6205为例 4.矢量控制 5.加减速度控制 6.衰减模式
细分控制原理
1.在一步中，二个线圈 给不同的电流 形成的合力的夹角 ，就形成 了步进电机转子转动的角度， 来达到细分的目的。 2.如果单纯给脉冲 一个脉冲只能走一步 ，然后停下来，在一个新 的平衡位置。 3.不断的给这二个线圈加以 相位90度的正弦波，步进电机就开始 转动起来了。（以二相4拍混合式步进电机为例，三相相差120度）