步进电机控制
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。
步进电机控制原理
步进电机控制原理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步进电机件。
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，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。
一、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：a. 单四拍b. 双四拍c八拍51单片机驱动步进电机的方法:驱动电压12V，步进角为7.5度. 一圈360 度, 需要48 个脉冲完成!该步进电机有6根引线，排列次序如下：1:红色、2:红色、3:橙色、4:棕色、5:黄色、6:黑色。
步进电机的细分控制
步进电机的细分控制
步进电机的细分控制是指通过对电机的控制信号进行细分，使电机的转动角度变得更精确。
通常情况下，步进电机有固定的步距角度，比如1.8度、0.9度等。
但通过细分控制，可以将
这个步距角度进一步细分，从而实现更精确的控制。
细分控制常用的方法是使用微步驱动器。
微步驱动器可以将电机的控制信号进行细分，使电机能够以更小的步距角度运动。
常见的微步数有2、4、8、16、32、64等。
例如，如果一个步进电机的步距角度为1.8度，通过设置微步数为16，就可以将每个步进分为16个微步，从而实现步距角度为0.1125度的细
分控制。
细分控制可以提高步进电机的精度和平滑性，减小震动和噪音。
但同时也增加了系统的复杂性和控制难度。
细分控制还可以实现步进电机的微调和精确定位，适用于需要高精度的应用场合，如3D打印机、数控机床和精密仪器等。
需要注意的是，细分控制会增加步进电机的功耗和热量产生，需要考虑电机和驱动器的散热问题。
此外，选择合适的驱动器和控制方式也是细分控制的关键，不同的电机和应用场景可能需要不同的控制方法和参数设置。
步进电机的控制的原理
步进电机的控制的原理步进电机（Stepper Motor）是一种将电脉冲信号转换为角度让电机转动的电机。
它通常由定子和转子组成，定子线圈通过控制电流的输入来产生磁场，而转子则是由磁材料制成的。
步进电机有许多种类型，其中最常见的是单圈、双圈和四圈步进电机。
步进电机凭借其高精度、高可靠性等优点，在很多领域都有广泛的应用，包括打印机、电子门锁、数码相机等。
步进电机的控制原理主要包括两个方面，即脉冲信号的输入以及驱动电流的控制。
下面将详细介绍这两个方面的原理。
首先是脉冲信号的输入。
步进电机的转动是通过输入脉冲信号驱动的。
脉冲信号可以由切换电路产生，也可以由计算机或其他控制系统发出。
脉冲信号的频率决定了步进电机转动的速度，而脉冲信号的数量则决定了步进电机转动的角度。
当脉冲信号输入到步进电机的一个定子线圈时，该线圈产生一个磁场。
根据电磁感应定律，该磁场将对转子产生一个力矩，使其转动一定的角度。
当脉冲信号不再输入时，磁场也消失，转子停止转动。
如果脉冲信号连续输入，那么步进电机将不断地进行转动。
接下来是驱动电流的控制。
步进电机的线圈通常由绝缘性材料包裹，以防止电流损耗。
驱动电流的控制是通过对步进电机的定子线圈施加合适的电压来实现的。
根据欧姆定律，电流与电压的比值等于线圈的电阻。
通过改变电压的大小，可以控制线圈中的电流，进而控制步进电机的转动速度和力矩。
为了更好地控制步进电机的转动，常常采用两相驱动方式。
两相驱动方式是指将步进电机的两个定子线圈分别驱动，使其产生独立的磁场。
通过交替输入脉冲信号，可以让步进电机转动一个固定的角度。
在实际应用中，常常使用驱动器来控制步进电机的驱动电流。
驱动器接受外部脉冲信号，并通过电流放大器将电流信号传输给定子线圈。
此外，通过改变定子线圈的电流方向，可以改变步进电机的转动方向。
例如，如果一个线圈中的电流是顺时针方向的，而另一个线圈中的电流是逆时针方向的，那么步进电机就会向顺时针方向转动。
步进电机控制技术
四、反应式步进电机的特性
动态稳定区：(-π+θse)<θ<(π+θse) a点与OA点之间的夹角θr称为稳定裕度(或裕量角)。裕量
角越大，电动机运行越稳定。
r se
2 Z r (mC 2) mZ r C mC
由上式可见，C=1时，反应式步进电动机的相数最少为3。 电动机的相数越多，步距角越小，相应的稳定裕度越大，运
下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构 和工作原理。
一、步进电机简介及结构
步进电动机主要由两部分构成：定子和转子。它们均 由磁性材料构成，其上分别有六个、四个磁极 。
定子绕组
定子
转子
一、步进电机简介及结构
A IA
定子 转子
定子的六个磁 极上有控制绕组， 两个相对的磁极组 成一相。
注意：
这里的相和三 相交流电中的“相” 的概念不同。步进 电动机通的是直流 IB B 电脉冲，这主要是 指线圈的联接和组 数的区别。
冲的最高频率，它是步进电动机的一项重要技术指标。它的大小与电机本 身的参数、负载转矩、转动惯量及电源条件等因素有关，它是衡量步进电
动机快速性的重要技术指标。
1)按能起动的最短脉冲间隔时间tf便可决定电动机的起动频率fst，则 fst=1/tf
2)起动频率fst的大小与电动机的步距角θS有关。
3)电动机的最大静转矩Tsm越大，作用于电动机转子上的电磁转矩也越大， 使加速度越大，转子达到动稳定区所需时间也就越短，起动频率fst越高。
二、步进电机工作方式
三相单双六拍
三相绕组的通电顺序为： AABBBCCCAA 共六拍。 工作过程：
A
B' 4 1 2 3 A'
步进电机的开环控制和闭环控制
步进电机的开环控制和闭环控制一、步进电机的开环掌握1、步进电机开环伺服系统的一般构成图1 步进电机开环伺服系统步进电动机的电枢通断电次数和各相通电挨次打算了输出角位移和运动方向，掌握脉冲安排频率可实现步进电动机的速度掌握。
因此，步进电机掌握系统一般采纳开环掌握方式。
图为开环步进电动机掌握系统框图，系统主要由掌握器、功率放大器、步进电动机等组成。
2、步进电机的掌握器1、步进电机的硬件掌握步进电动机在—个脉冲的作用下，转过一个相应的步距角，因而只要掌握肯定的脉冲数，即可精确掌握步进电动机转过的相应的角度。
但步进电动机的各绕组必需按肯定的挨次通电才能正确工作，这种使电动机绕组的通断电挨次按输入脉冲的掌握而循环变化的过程称为环形脉冲安排。
实现环形安排的方法有两种。
一种是计算机软件安排，采纳查表或计算的方法使计算机的三个输出引脚依次输出满意速度和方向要求的环形安排脉冲信号。
这种方法能充分利用计算机软件资源，以削减硬件成本，尤其是多相电动机的脉冲安排更显示出它的优点。
但由于软件运行会占用计算机的运行时间，因而会使插补运算的总时间增加，从而影响步进电动机的运行速度。
另一种是硬件环形安排，采纳数字电路搭建或专用的环形安排器件将连续的脉冲信号经电路处理后输出环形脉冲。
采纳数字电路搭建的环形安排器通常由分立元件（如触发器、规律门等）构成，特点是体积大、成本高、牢靠性差。
2、步进电机的微机掌握：目前，伺服系统的数字掌握大都是采纳硬件与软件相结合的掌握方式，其中软件掌握方式一般是利用微机实现的。
这是由于基于微机实现的数字伺服掌握器与模拟伺服掌握器相比，具有下列优点：（1）能明显地降低掌握器硬件成本。
速度更快、功能更新的新一代微处理机不断涌现，硬件费用会变得很廉价。
体积小、重量轻、耗能少是它们的共同优点。
（2）可显著改善掌握的牢靠性。
集成电路和大规模集成电路的平均无故障时（MTBF）大大长于分立元件电子电路。
（3）数字电路温度漂移小，也不存在参数的影响，稳定性好。
步进电机控制
步进电机控制步进电机控制文档一、概述本文档旨在提供步进电机的控制方法，以确保步进电机能够准确地执行所需的运动。
本文档介绍了实现步进电机控制所需的硬件和软件资源。
二、硬件资源本文档中所需的硬件资源如下：1. 步进电机2. 驱动器3. 控制器4. 电源5. 信号线三、软件资源本文档中所需的软件资源如下：1. 步进电机控制软件2. 控制器设置软件四、步进电机控制方法1. 步进电机控制软件设置首先，需设置步进电机控制软件参数。
通过该软件设置步进电机型号、步数和转速。
2. 控制器设置将步进电机和驱动器连接到控制器上，通过控制器设置步进电机驱动方式、电流值、脉冲宽度和脉冲频率。
3. 控制器和步进电机连接使用信号线将控制器和步进电机连接起来，确保信号传输的可靠性和稳定性。
4. 步进电机控制命令发送控制命令到控制器，以控制步进电机的运动。
命令包括启动、停止、加速、减速和转向，以确保步进电机按照预期的方式执行运动。
五、附件本文档所涉及附件如下：无六、法律名词及注释本文档所涉及的法律名词及注释如下：无七、可能遇到的困难及解决办法1. 步进电机控制软件设置错误解决方案：检查步进电机控制软件参数设置是否正确，如型号、步数和转速等是否正确设置。
2. 控制命令发送不到控制器解决方案：检查信号线是否连接正确，控制器与电脑间的通信接口是否正常。
3. 步进电机无法正常运行解决方案：检查驱动器是否连接正确，控制器是否正确设置，步进电机电源是否正常。
以上为本文档所列举的若出现其他问题，请参看设备相关说明书，或者咨询专业技术人员的意见。
八、结论以上为步进电机控制文档，旨在提供步进电机控制方法。
通过本文档所描述的硬件和软件资源的设置和连接，可控制步进电机按照预期的方式执行运动。
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。
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步进电机控制文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）杭州电子科技大学电子系统设计综合实验设计报告实验名称: 步进电机控制实验序号: 4小组号: 4A姓名学号:指导教师: 黄继业2015年1月4日一．引言：步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，它的用途是将电脉冲转化为角位移，通俗地说：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（即步进角）。
通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时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。
常见的步进电机分三种：永磁式（PM），反应式（VR）和混合式（HB）。
实验中使用的是永磁式步进电机24BY 型，下图是该电机的接线图，从图中可以看出，电机共有四组线圈，四组线圈的一个端点连在一起引出，这样一共有5 根引出线。
要使用步进电机转动，只要轮流给各引出端通电即可。
将COM 端标识为C，只要AC、A C、BC、B C，轮流加电就能驱动步进电机运转，加电的方式可以有多种，如果将COM 端接正电源，那么只要用开关元件（如三极管），将A、A 、B、B 轮流接地。
二．实验要求：1．（基本）：控制四相六线式步进电机的转动（四相八拍方式）2．（基本）：显示步进电机的转动圈数、角度和方向三．（扩展）：用非接触的方式实时监测步进电机的工作状态四．实验器材清单：名称型号数量驱动芯片L2981片霍尔元件cs31441个二极管80508个电容100uf、各2个电阻2K1个四：实验电路原理图1：驱动电路原理图：2:驱动电路工作原理：L298N是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。
是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。
OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接两电机。
IN1、IN2、IN3、IN4引脚从单片机接输入控制电平，控制电机正反转。
3：L298控制单双八拍的逻辑表：4.霍尔模块电路图4：霍尔模块工作原理：霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，这种传感器是一个3端器件，外形与三极管相似，只要接上电源、地，即可工作，输出通常是集电极开路（OC）门输出，工作电压范围宽，使用非常方便。
将有字面对准自己，三根引脚从左向右分别是Vcc，地，输出。
使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的圆周上粘上一粒磁钢，让霍尔开关靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。
如果在圆周上粘上多粒磁钢，可以实现旋转一周，获得多个脉冲输出。
根据这些输出的脉冲可以实现实时监测电机的工作状态。
5.实验所用的程序代码：源码目录：USER:STM32: (库文件)Driver:/*要求：控制步进电机转动，8拍显示步进电机转动圈数，角度，方向。
非接触方式实时监测*/#include ""#include ""#include ""#include ""#include ""u8 i,j,keynum,direction=0;u16Speedtime,loop_num1=0,loop_num2=0,interrupt_num=0,interrupt_speed=0; double angle=0;EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;void EXTIX_Init(void){RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD, ENABLE);= GPIO_Pin_15;= GPIO_Mode_IN_FLOATING;GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOD,GPIO_PinSource15);=EXTI_Line15;= EXTI_Mode_Interrupt;= EXTI_Trigger_Rising;= ENABLE;EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);= EXTI15_10_IRQn;= 0x0F;= 0x0F;= ENABLE;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);}void EXTI15_10_IRQHandler(void){interrupt_num ++; .");lcd_6x8(0,3,"Loop Num1:");lcd_6x8(0,4,"Loop Num2:");lcd_6x8(0,5,"Angle:");lcd_6x8(0,7,"Speed:");lcd_6x8(60,7,"N/s");while(1){keynum=New_KEY_Scan();switch(keynum){case 1:direction++;if(direction==4)direction=0;break;case 2:Speedtime-=100;if(Speedtime==600)Speedtime=900;break;default:break;}lcd_6x8_num(45,7,interrupt_speed); //每秒转速lcd_6x8_num(100,7,interrupt_num);if(direction==0){lcd_6x8_double(45,5,angle);lcd_6x8_num(70,3,loop_num1);lcd_6x8_num(70,4,loop_num2);}else if(direction==1){Motor_8(Speedtime);i++;angle= * i;if(i==50) //达到一圈{i=0;loop_num1++;}lcd_6x8_double(45,5,angle);lcd_6x8_num(70,3,loop_num1);lcd_6x8(0,2,"Forward direction ! "); }else if(direction==2){lcd_6x8_double(45,5,angle);lcd_6x8_num(70,3,loop_num1);lcd_6x8_num(70,4,loop_num2);}else if(direction==3){Motor_8_back(Speedtime);j++;angle= * j;if(j==50){j=0;loop_num2++;}lcd_6x8_double(45,5,angle);lcd_6x8_num(70,4,loop_num2);lcd_6x8(0,2,"Backward direction ! ");}}}void TIM3_IRQHandler(void){//static u16 a=0;if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET) //检查指定的TIM中断发生与否:TIM 中断源{TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update); //清除TIMx的中断待处理位:TIM 中断源interrupt_speed=interrupt_num ; // N/sinterrupt_num=0;}}五：实验测试结果本次实验最后验收的效果是比较好的，基本上没有出错，完成了所有要求的内容，测量的结果也比较精确。
六：设计总结本次实验的设计主要体现在驱动电路上，本来准备是采用ULN2003来作为驱动芯片，后来查了一下资料发现ULN2003，只能向它灌入电流，输出为高阻态，基本没输出电流。
它一般用来吸收电流的。
比如数码管驱动，或者两相五线、两相六线的步进电机，这种步进电机有一个或两个公共端可以接电源正极，驱动电机，电流从其他各引线经过ULN2003流到地线上。
通过控制ULN2003的输出状态来控制电机的节拍。
但是对于本次实验用的两相四线的电机不太合适，所以最后采用L298来驱动，最后驱动的效果也是比较好的。
拓展模块则采用cs3144霍尔元件来实现。
（本次实验黄涛同学负责编写程序部分，郑康佳、张永杰同学负责做驱动电路等硬件部分，黄涛负责最后测量与修改，实验报告最终由郑康佳同学完成）。