步进电机驱动与控制
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。
步进电机驱动器及细分控制原理
步进电机驱动器及细分控制原理引言：步进电机是一种将电脉冲信号转化为机械转动的电动机。
步进电机驱动器是一种用于控制步进电机旋转的设备。
步进电机可以通过控制驱动器提供的电流和脉冲信号来精确地控制旋转角度和速度。
本文将介绍步进电机驱动器的工作原理以及细分控制的原理。
一、步进电机驱动器的工作原理：1.输入电流转换：驱动器将输入的电流信号转换为电压信号。
电流信号通常由控制器产生，通过选择合适的电阻来控制输入电流的大小。
2.逻辑控制：驱动器还会接收来自控制器的脉冲信号。
这些脉冲信号会相互间隔地改变驱动器输出的电压，从而驱动步进电机旋转。
脉冲信号的频率和脉冲数量会影响步进电机的转速和旋转角度。
3.输出电压控制：驱动器会根据输入的电流和脉冲信号控制输出的电压，使其适应步进电机的工作要求。
输出电压的频率和脉冲数有助于控制步进电机旋转的速度和角度。
二、细分控制原理：细分控制是指通过控制驱动器输出的电压脉冲信号来实现更精确的步进电机控制。
细分控制可以将步进电机的每个脉冲细分成更小的步进角度，从而提高步进电机的转动分辨率。
1.脉冲信号细分：通过改变驱动器的输出脉冲信号频率和脉冲数来实现脉冲信号的细分。
例如，如果驱动器输入100个脉冲，但只输出50个脉冲给步进电机，那么每个输入的脉冲就会分为两个输出脉冲，步进电机的旋转角度将更精确。
2.电流细分：通过改变驱动器输出的电流大小来实现电流的细分。
通常情况下，驱动器的输出电流会根据步进电机的转动需要进行控制。
细分控制可以使驱动器能够实现更精确的电流控制，进而控制步进电机的转动精度。
3.微步细分：微步细分是一种更高级的细分控制方法，通过改变驱动器输出的电压波形进行微步细分。
微步细分将步进电机的每个步进角度再次细分为更小的角度，进一步提高了步进电机的转动分辨率和平滑性。
总结：步进电机驱动器是通过将控制器产生的电流和脉冲信号转换为驱动步进电机的电压信号的设备。
细分控制是通过改变驱动器输出的电流和脉冲信号来实现更精确的步进电机控制。
步进电机驱动器及细分控制原理
步进电机驱动器及细分控制原理步进电机驱动器原理：步进电机必须有驱动器和控制器才能正常工作。
驱动器的作用是对控制脉冲进行环形分配、功率放大，使步进电机绕组按一定顺序通电。
以两相步进电机为例，当给驱动器一个脉冲信号和一个正方向信号时，驱动器经过环形分配器和功率放大后，给电机绕组通电的顺序为AABB A A B B，其四个状态周而复始进行变化，电机顺时针转动；若方向信号变为负时，通电时序就变为AA B BA A BB，电机就逆时针转动。
随着电子技术的发展，功率放大电路由单电压电路、高低压电路发展到现在的斩波电路。
其基本原理是：在电机绕组回路中，串联一个电流检测回路，当绕组电流降低到某一下限值时，电流检测回路发出信号，控制高压开关管导通，让高压再次作用在绕组上，使绕组电流重新上升；当电流回升到上限值时，高压电源又自动断开。
重复上述过程，使绕组电流的平均值恒定，电流波形的波顶维持在预定数值上，解决了高低压电路在低频段工作时电流下凹的问题，使电机在低频段力矩增大。
步进电机一定时，供给驱动器的电压值对电机性能影响较大，电压越高，步进电机转速越高、加速度越大；在驱动器上一般设有相电流调节开关，相电流设的越大，步进电机转速越高、力距越大。
细分控制原理：在步进电机步距角不能满足使用要求时，可采用细分驱动器来驱动步进电机。
细分驱动器的原理是通过改变A，B相电流的大小，以改变合成磁场的夹角，从而可将一个步距角细分为多步。
定子A转子SNB B BSNA A(a)(b)AS NB B N S BS NA(c)(d)图3.2步进电机细分原理图仍以二相步进电机为例，当A、B相绕组同时通电时，转子将停在A、B相磁极中间，如图3.2。
若通电方向顺序按AA AABB BB BB AA AA AA BB BB BB AA,8个状态周而复始进行变化，电机顺时针转动；电机每转动一步，为45度，8个脉冲电机转一周。
与图2.1相比，它的步距角小了一半。
步进电机 驱动器 控制器三者的关系
1.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。
步进电机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。
它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。
提及此知识，希望能给予正在对电机选型的客户有所帮助。
2.力矩：电机一旦通电，在定转子间将产生磁场（磁通量Ф）当转子与定子错开一定角度，则产生力F与（dФ/dθ）成正比S其磁通量Ф=Br*SBr为磁密，S为导磁面积F与L*D*Br成正比L为铁芯有效长度，D为转子直径Br=N·I/RN·I为励磁绕阻安匝数（电流乘匝数）R为磁阻。
力矩=力*半径力矩与电机有效体积*安匝数*磁密成正比（只考虑线性状态）因此，电机有效体积越大，励磁安匝数越大，定转子间气隙越小，电机力矩越大，反之亦然。
一、混合式步进电机1、特点：混合式（又称感应子式步进电机）与传统的反应式步进电机相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供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、噪音低、低频振动小。
混合式步进电机某种程度上可以看作是低速同步电机。
一个四相电机可以作四相运行，也可以作二相运行。
（必须采用双极电压驱动），而反应式电机则不能如此。
例如：四相，八相运行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可以采用二相八拍运行方式.不难发现其条件为C= A ,D=B . 一个二相电机的内部绕组与四相电机完全一致，小功率电机一般直接接为二相，而功率大一点的电机，为了方便使用，灵活改变电机的动态特点，往往将其外部接线为八根引线（四相），这样使用时，既可以作四相电机使用，更可以作二相电机绕组串联或并联使用。
机械电子学-第6章 步进电动机的驱动与控制
认识步进电动机
功能 • 将电脉冲信号转换成转角或转速信号。 • 转角 ∝脉冲信号的个数； • 转速 ∝脉冲信号的频率。 • 转向取决于脉冲信号的相序
f
相
f N
通电脉冲频率 拍数
步进电动机的特点
2) 步距角
步进机通过一个电脉冲转子转过的角度,称为步距角。
S
360 ZrN
N:一个周期的运行拍数 Zr：转子齿数
如：Zr=40 ,
N=3 时
S
360 40 3
3
1 单拍制
拍数：N=km m:相数 k=
整步
2 双拍制
半步
步距角不受各种干扰因素的影响。
步进电动机的特点
2) 步距角
步进电动机的特点
3) 转速
每输入一个脉冲，电机转过
S
360 ZrN
即转过整个圆周的1/(ZrN）, 也就是1/(ZrN）转
因此每分钟转过的圆周数，即转速为
n
60f ZrN
60f 360 360Z r N
s f
6
(r / min)
步进电动机的特点
4)误差不长期积累。 5）可实现数字信号的开环控制，控制系统廉价。 6）步进电机具有自锁能力
齿距角 为使转、定子的齿对齐，定子磁极上的小齿， 齿宽和齿槽和转子相同。
工作原理：假设是单三拍通电工作方式。
（1）A 相通电时，定子A 相的五个小齿和转子对 齐。此时，B 相和 A 相空间差120，含
120/9 = 13 1 齿 3
A 相和 C 相差240，含240/ 9 =26 2个齿。所以， A 相的转子、定子的五个小齿对齐时，3B 相、C 相不能 对齐，B相的转子、定子相差 1/3 个齿（3），C相的 转子、定子相差2/3个齿（6）。
《2024年步进电机驱动控制技术及其应用设计研究》范文
《步进电机驱动控制技术及其应用设计研究》篇一一、引言步进电机是一种通过输入脉冲序列来驱动转动的电机，其运动方式为离散化的步进动作。
步进电机广泛应用于精密定位、速度控制以及数字化系统等场景。
本文将针对步进电机驱动控制技术及其应用设计进行研究，深入探讨其原理、特点以及在各个领域的应用。
二、步进电机驱动控制技术原理步进电机主要由定子、转子和驱动器三部分组成。
定子上有多个磁极，转子则由多个磁性材料制成的齿组成。
驱动器根据输入的脉冲序列，控制定子上的电流变化，从而产生旋转磁场，使转子按照一定的方向和角度进行转动。
步进电机驱动控制技术主要包括以下几种：1. 恒流驱动技术：通过恒流源对步进电机进行驱动，保证电机在不同负载和转速下均能保持稳定的运行状态。
2. 微步技术：通过精细控制驱动器的脉冲序列，使步进电机在每个方向上实现微小角度的转动，从而提高电机的定位精度和运行平稳性。
3. 环形分布电流技术：通过对定子上的磁极进行环形分布电流的控制，实现对步进电机的持续运动控制，使得步进电机的转动更为流畅和准确。
三、步进电机驱动控制技术的应用设计步进电机驱动控制技术在各个领域有着广泛的应用，主要包括以下几个方面：1. 精密定位系统：步进电机的高精度定位能力使得其在精密定位系统中得到广泛应用，如数控机床、精密测量仪器等。
通过微步技术和环形分布电流技术的应用，可以实现高精度的定位和运动控制。
2. 速度控制系统：步进电机在速度控制系统中也有着重要的应用，如打印机、电动阀等。
通过调整脉冲序列的频率和占空比，可以实现对电机转速的精确控制。
3. 数字化系统：步进电机在数字化系统中也有着广泛的应用，如数字标牌、机器人等。
通过将步进电机的运动与数字信号进行映射，可以实现数字化的运动控制和显示功能。
四、应用设计实例分析以数控机床为例，分析步进电机驱动控制技术的应用设计。
数控机床是一种高精度的加工设备，其运动控制系统对加工精度和效率具有重要影响。
步进电动机系统驱动与控制策略综述
制方式 ， 有的可构成闭环失步检测系统 ， 有的则
设 计成 闭环 控 制系 统 ， 步 进 电动 机 的 控制 系 统 使 达 到 了一个 新 的水平。
步进 电动机驱动与控制技术的进步， 使之在不 并
ｌ 步进 电动机
电动机 相比 ， 合式 步进 电动 机产生设 定的转 混 矩需要较少的励磁， 因为永磁体可以提供部分励
磁。 另外 ， 当定 子励 磁 撤 去后 ， 混合 步 进 电动 机仍 能维持转子位 置， 这与 纯 永 磁 电动 机 一样 ［ 。 ７ 经 ｊ 过 近七 十 年 的发 展 ， 逐渐 形 成 以混合 式 与反 应 式
设和办公 自动化设备。 步进 电动机系统性能的优 劣、 运行 品质的好坏 与其 驱动 及控制策略 密不 可分。 近年来 ， 随着数 字电子系统技术的飞速 发
展 ， 大 地 推 动 了步 进 电动 机 技 术 的 进 步 ， 制 极 控 策 略 和 控 制 电 路 的 研 究 日益 成 为 步 进 动 机 技
常用的步进电动机主要有三大类： 反应式 步
进 电动 机 （ 磁 阻 式 步 进 电机 ） 变 永磁 式 步进 电动 机 和 混 合 式 步 进 电动 机 （ 应 子 式 永 磁 步 进 电 感
的 各种驱动与控制策略， 分析 和介 绍了各种驱动与控制策
略 的优 缺点 ， 展望 了步进 电动机控制策略的发展趋 势。
关键词 ： 步进 电动机 驱动 与控制策略 综 述
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａｌ ｋ ｎ ｓｏ ｒｖ ｎ ｏ ｔｏ ｔａ ｅ ｅ ｏ ｓ ｒ ｃ ： ｌ ｉ ｄ ｆｄ ｉｅ ａ ｄ ｃ ｎ ｒ ｌｓｒ ｔｇｉｓｆ ｒ ｓｅ ｐ ｎ ｏ ｏ ｒ ｅ ｉｗｅ ， ｈ ｉｓｍ ｅ ｉ ｎ ｒ ｗｂ ｃ ｓ ｔ ｐ ｉ ｇ ｍ ｔ ｒ ａ ｅ ｒ ｖ ｅ ｄ ｔ ｅ ｒ ｒｔ ａ ｄ ｄ ａ ａ ｋ ｓ ａ ｅ ａ ａ ｙ ｅ ， ｎ ｈ ｕ ｕ ｅ ｔｅ ｄ ｎ ｔ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌｓ ｈ ｍｅ ｒ ｎ ｌｚ ｄ ａ ｄ ｔ ｅ ｆ ｔ ｒ ｒ ｎ ｓ ｉ ｈ ｏ ｔｏ ｃ ｅ ｓ ｏ ｅ ｐ ｎ ｏ ｏ ｉｅ ｆｓ ｐ ｉ ｇｍ ｔ ｒｉ ｇ ｖ ｎ． ｔ ｓ Ｋｅ ｗｏ ｄｓ Ｓ ｅ ｐ ｎ ｔ ｒ Ｄｒ ｅ ａ ｄ ｃ ｎ ｒ ｌ ｔ ａｅ ｙ ｒ ： ｔ ｐ ｉ ｇ ｍｏ ｏ ｉ ｎ ｏ ｔｏ ｒ ｔ 一 ｖ ｓ
步进电动机驱动控制原理
步进电机控制步进电动机一、步进电动机的组成和种类二、步进电动机的工作原理2.1.1B'B'C'C'这种工作方式下这种工作方式下，，三个绕组依次通电一次为一个循环周期个循环周期，，一个循环周期包括三个工作脉冲一个循环周期包括三个工作脉冲，，所以称为三相单三拍工作方式以称为三相单三拍工作方式。
按A →B →C →A →……的顺序给三相绕组轮流通电轮流通电，，转子便一步一步转动起来转子便一步一步转动起来。
每一拍转过30°(步距角步距角))，每个通电循环周期每个通电循环周期(3(3(3拍拍)转过90°(一个齿距角一个齿距角))。
2.1 2.1 步进电动机步进电动机步进电动机结构与工作原理结构与工作原理2.1.2 三相六拍按A →AB →B →BC →C →CA 的顺序给三相绕组轮流通电序给三相绕组轮流通电。
这种方式可以获得更精确的控制特性获得更精确的控制特性。
4123齿与A、A' 对齐对齐。
对齐,,又转324齿与B、B´对齐三相反应式步进电动机的一个通电循环周期如下期如下：：A →AB →B →BC →C →CA ，每个循环周期分为六拍环周期分为六拍。
每拍转子转过15°（步距角步距角），），），一一个通电循环周期环周期((6拍)转子转过90°(齿距角齿距角))。
与单三拍相比与单三拍相比，，六拍驱动方式的步进角更小，更适用于需要精确定位的控制系统中更适用于需要精确定位的控制系统中。
2.1.3 三相双三拍按AB→BC→CA的顺序给三相绕组轮流通每拍有两相绕组同时通电。
电。
每拍有两相绕组同时通电。
B'C'B'C'B'C'360°电机转动的电机转动的工作原理演示工作原理演示总结总结：：错齿是步进电动机旋转的根本原因齿距角是齿距角是99°；定子仍是6个磁极个磁极，，但每个磁极表面加工有五个和转子一样的齿面加工有五个和转子一样的齿。
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CH250接法
三相双三拍正反转
三相六拍正反转
CH250与驱动电路的连接
2、4齿，转子再转过 15。
三相反应式步进电动机的一个通电循环周 期如下：AAB B BC C CA，每个循 环周期分为六拍。每拍转子转过15（步距角）， 一个通电循环周期(6拍)转子转过90 (齿距角)。
与单三拍相比，六拍驱动方式的步进角更 小，更适用于需要精确定位的控制系统中。
3. 三相双三拍 按AB BC CA的顺序给三相绕组轮流通
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。
三相反应式步进电动机的原理结构图如下：
转子
IA
A
IC C
定子内圆周 定子 均匀分布着六个
磁极，磁极上有
Байду номын сангаас
励磁绕组，每两
个相对的绕组组
IB
成一相。采用Y B 连接，转子有四
个齿。
1.工作原理 由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合，
因此会在磁力线扭曲时产生切向力，而形成磁阻转 矩，使转子转动。
42
C 3B A'
A
B'
C'
C
B
A'
A相通电，转子1、
3齿与A、A' 对齐。
A、B相同时通电，
A、A' 磁极拉住1、3齿， B、B' 磁极拉住2、4齿，
转子转过15，到达左图 所示位置。
A
B'
C'
C
B
A'
A
B'
C'
C
B
A'
B 相通电，转子2、 4齿与B、B´ 对齐,又转
过15。
B、C相同时通电，
C' 、C 磁极拉住1、3 齿，B、B' 磁极拉住
步进电机的种类：
通常按励磁方式分为三大类： 1）反应式：转子无绕组，定转子开小齿、步距小。应 用最广。 2）永磁式：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）感应子式(混合式)： 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。
以反应式为例说明步进电机的结构和原理
电。每拍有两相绕组同时通电。
步距角 步进电机通过一个电脉冲转子转过的角度,称为步距 角。
S
360 ZrN
如：Zr=40 ,
N:一个周期的运行拍数,即通电
状态循环一周需要改变的次数
Zr：转子齿数
N=3
时
S
360 3 403
1 单拍制
拍数：N=km
m:相数
k= 2 双拍制
驱动控制器构成
不同频率时绕组电流波形
到左图所示位置：1、3齿与A、
A′极对齐。
A
B'
C'
C
B
A'
A
B'
C'
C
B
A'
同理，B相通电时，转子会转过30角，2、4
齿和B、B´ 磁极轴线对齐；当C相通电时，转子 再转过30角，1、3齿和C´、C磁极轴线对齐。
这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为 一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲， 所以称为三相单三拍工作方式。
频率较低时 频率较高时
单电压放大电路
最理想的电流波形就是矩形波。 电路时间常数：τ=L/(Ra+r)
高低电压驱动
恒流斩波驱动原理图与电流波形
Uf是步进电机控制脉冲。
四细分驱动
细分时合成磁势
细分驱动电路
环形分配器——软环形分配器
硬件环形分配器——CH250
CH250引脚定义
• CL和EN端均可作为脉冲的输入端。 • 当脉冲由CL端输入时，EN端必须接1，脉冲上升沿有效。 • 当脉冲由EN端输入时，CL端必须接0，脉冲下降沿有效。
现以A B C A的通电顺序，使三相绕组 轮流通入直流IA电流，观察转子的运动情况。
IC
IB B
C
1.三相单三拍
“三相”指三相步进电机；“单”指每次只能一相绕 组通电；“三拍”指通电三次完成一个通电循环。
A相绕组通电，B、C相
A
B' 1 C'
42
C 3B A'
不通电。气隙产生以A-A为轴线 的磁场，而磁力线总是力图从 磁阻最小的路径通过，故电动 机转子受到一个反应转矩，在 此转矩的作用下，转子必然转
按AB C A ……的顺序给三相绕组 轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转
过30°(步距角)，每个通电循环周期(3拍)磁场在
空间旋转了360°而转子转过90°(一个齿距角)。
2. 三相六拍
按AAB B BC C CA的顺序给三相 绕组轮流通电。这种方式可以获得更精确的控制 特性。
A
B' 1 C'