步进电机简介ppt
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《电机控制》PPT课件(2024版)
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4.实验参考程序
/**************************************************************************
* 控制步进电机快速前进200步，降低速度再前进50步，再次降低速度前进5步，然后停止。
* 停止一段时间后，控制步进电机以相反的步调退回原地。
int
main (void)
{
uint32 i;
uint8 Direction=0,Speed=3;
PINSEL1 = PINSEL1 & 0x0FFFFFFF;
// 设置P0.30为GPIO功能，输入
IO0DIR = IO0DIR & 0xBFFFFFFF;
// 设置P0.21为PWM功能，通过控制PWM的占空比从而控制直流电机的速度
U
U
效t
t
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1．PWM（Pulse Width Modulation）脉冲调宽式
一个PWM周期
20％占空比 一个PWM周期
50％占空比
2．PFM（Pulse Frequency Modulation）脉冲调频式
1个脉冲
25％占空比 2个脉冲
50％占空比
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9
1.2 控制电路--驱动部分
PINSEL1 = PINSEL1 | 0x00000400;
//设置P1.21为GPIO，输出。通过控制P1.21的电平从而控制直流电机的方向
IO1DIR = IO1DIR | (1<<21);
ZLDJ_SET(Direction,Speed);
//电机以最快速度正转
while(1)
步进电机及其工作原理1ppt课件
360°
θb = m* Z*C
式中：m －定子相数
2
A A
1
4
2
Z － 转子齿数
3
C －通电方式
A
C = 1 单相轮流通电、双相轮流通电方式
C = 2 单、双相轮流通电方式
制作：张津
常用步进电机的步距角 常用步进电机的定子绕组多数是三相和五相, 与此相匹配
的转子齿数分别为40齿和48齿，即有 三相步进电机：
1. 脉冲混合电路 将脉冲进给、手动进给、手动回原点、误差补偿等混合
为正向或负向脉冲进给信号 2. 加减脉冲分配电路
将同时存在正向或负向脉冲合成为单一方向的进给脉冲
制作：张津
步进电机的驱动控制
3. 加减速电路 将单一方向的进给脉冲调整为符合步进电机加减速特性
的脉冲，频率的变化要平稳，加减速具有一定的时间常数。 4. 环形分配器
单双相轮流通电（M相2M拍） 顺时针轮回 A→AB→B→BC→C→CA→A 逆时针轮回 A→AC→C→CB→B→BA→A
制作：张津
单段反应式步进电机的工作原理 —— 两转子齿
定子通电顺序： A→B→C→A
转子旋转方向： 顺时针
步距角：
θb = 60°
A
A
1
B
1 2
2
B
A
A
C
B
1 2
1 2
C A 60°
2 B
A
A
C
B
60° 1 2
1 2
60°
B
C
B
A
制作：张津
单段反应式步进电机的工作原理 —— 两转子齿
定子通电顺序： A→AB→B→BC→C→CA→A
θb = m* Z*C
式中：m －定子相数
2
A A
1
4
2
Z － 转子齿数
3
C －通电方式
A
C = 1 单相轮流通电、双相轮流通电方式
C = 2 单、双相轮流通电方式
制作：张津
常用步进电机的步距角 常用步进电机的定子绕组多数是三相和五相, 与此相匹配
的转子齿数分别为40齿和48齿，即有 三相步进电机：
1. 脉冲混合电路 将脉冲进给、手动进给、手动回原点、误差补偿等混合
为正向或负向脉冲进给信号 2. 加减脉冲分配电路
将同时存在正向或负向脉冲合成为单一方向的进给脉冲
制作：张津
步进电机的驱动控制
3. 加减速电路 将单一方向的进给脉冲调整为符合步进电机加减速特性
的脉冲，频率的变化要平稳，加减速具有一定的时间常数。 4. 环形分配器
单双相轮流通电（M相2M拍） 顺时针轮回 A→AB→B→BC→C→CA→A 逆时针轮回 A→AC→C→CB→B→BA→A
制作：张津
单段反应式步进电机的工作原理 —— 两转子齿
定子通电顺序： A→B→C→A
转子旋转方向： 顺时针
步距角：
θb = 60°
A
A
1
B
1 2
2
B
A
A
C
B
1 2
1 2
C A 60°
2 B
A
A
C
B
60° 1 2
1 2
60°
B
C
B
A
制作：张津
单段反应式步进电机的工作原理 —— 两转子齿
定子通电顺序： A→AB→B→BC→C→CA→A
《步进电动机》PPT课件
2021/4/23
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第11章 步进电动机
t
360 Zr
(式中， Zr为转子齿数)， 所以转子每步转过的空间 角度(机械角度)， 即步距角为
s
t
N
360 Zr N
(11 - 1)
式中， N为运行拍数， N=km (k=1, 2； m为相数)。
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第11章 步进电动机
为了提高工作精度， 就要求步距角很小。 由式(11 - 1)可见， 要减小步距角可以增加拍数N。 相数增加相 当于拍数增加， 但相数越多， 电源及电机的结构也越 复杂。 反应式步进电动机一般做到六相， 个别的也有 八相或更多相数。 对同一相数既可以采用单拍制， 也 可采用双拍制。 采用双拍制时步距角减小一半。 所以 一台步进电动机可有两个步距角， 如1.5°/0.75°、 1.2°/0.6°、 3°/1.5°等。
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第11章 步进电动机
当A相控制绕组通电，而B相和C相都不通电时，由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特点， 所以转子齿1和3的轴线与定子A极轴线对齐。同理，当断开A相接通B相时，转子便按逆时针方 向转过30°，使转子齿2和4的轴线与定子B极轴线对齐。断开B相，接通C相，则转子再转过 30°，使转子齿1和3的轴线与C极轴线对齐。从而实现逆时针旋转。
θte=360° 或 θte=2π rad 相应的步距角为
be
te
N
360 N
(11 - 2)
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第11章 步进电动机
或
be
2
N
(11 - 3)
所以当拍数一定时， 不论转子齿数多少， 用电角
度表示的步距角均相同。
步进电机 ppt课件
ppt课件
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步进电机的工作原理
ppt课件
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步进电机的工作原理
ppt课件
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步进电机的工作原理
ppt课件
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步进电机的工作原理
ppt课件
11
步进电机工作原理
上述控制方式三相单三拍，得电顺序 是A→B →C →A，电机逆时针转
pptห้องสมุดไป่ตู้件
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步进电机的工作原理
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步进电机的工作原理
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步进驱动器
传感器
步进电机
连轴器
工作台
丝杆
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1
步进电机结构和工作原理
1、步进电机是将电脉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控 制脉冲信号的频率和脉冲数。
脉冲越多，电机转动的角度越大。 脉冲频率越高，电机转速越快，但不能超
过最高频率，否则电机的力矩迅速减小， 电机不转
2、电机的转速和相序切换的频率有关，切换得越快，电 机转动的越快。电机转动的方向和相序有关。
3、电机每拍转动的角度，称步距角Ɵ。步距角和电机的 结构有关。Ɵ=360°/mzk，其中m为定子绕组的相数；Z 为转子的齿数；k为通电方式。M相m拍时，k=1，m相2m 拍时，k=2.
ppt课件
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如上例中，m=3，z=4，k=1。 所以Ɵ=360°/mzk= 360°/3*4*1=30°
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步进电机的工作原理
ppt课件
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步进电机的工作原理
ppt课件
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步进电机的工作原理
上述控制方式三相单三拍，得电顺序为 A→C→B→A，电机顺时针转。
《步进电机》PPT课件
➢ 当U相通电，V、W相不通电，如图3.3a所示，1、3齿 与U相对齐；
➢ 当V相通电，U、W相不通电，如图3.3b所示，2、4齿 与V相对齐；
➢ 当W相通电，U、V相不通电，如图3.3c所示，1、3齿 与W相对齐；
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9
由此可见，当通电顺序为U→V → W→U →V →…时，转子便顺时针方向一步一步地转动，通 电状态每换接一次，转子前进一步，一步对应的 角度称为步距角。
上述两种通电方式的组合。即通电方式为：U → UV → V → VW→W → WU →U →… 称为三相六拍通电，如图3.4所示。 三相六拍通电方式的步距角减小一倍。
整理ppt
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3.1.2 小步距角步进电动机
实际的小步距角电动机如图3.5所示。它的定子内 圆和转子外圆上均有齿和槽，而且定子和转子的 齿宽和齿距相等。
第3章 步进电动机传动控制
3.1 步进电动机 3.2 步进电动机的环形分配器 3.3 步进电动机的驱动电路
整理ppt
1
步进电动机是一种将电脉冲信号转换成直线或 角位移的执行元件。步进电动机的运动由一系列电脉 冲控制，脉冲发生器所产生的电脉冲信号，通过环形 分配器按一定的顺序加到电动机的各相绕组上。为了 使电动机能够输出足够的功率，经过环形分配器产生 的脉冲信号还需要进行功率放大。
整理ppt
11
（2）通电方式 双相轮流通电方式
每次有两相绕组通电，通电状态切换时，转子转动平稳， 且输出力矩较大，这种通电方式定位精度高而且不易 失步。
以三相反应式电动机为例，双相轮流通电方式为：UV → VW→WU →UV →… 称为三相双三拍通电。
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（2）通电方式 单双相轮流通电方式
➢ 当V相通电，U、W相不通电，如图3.3b所示，2、4齿 与V相对齐；
➢ 当W相通电，U、V相不通电，如图3.3c所示，1、3齿 与W相对齐；
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由此可见，当通电顺序为U→V → W→U →V →…时，转子便顺时针方向一步一步地转动，通 电状态每换接一次，转子前进一步，一步对应的 角度称为步距角。
上述两种通电方式的组合。即通电方式为：U → UV → V → VW→W → WU →U →… 称为三相六拍通电，如图3.4所示。 三相六拍通电方式的步距角减小一倍。
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3.1.2 小步距角步进电动机
实际的小步距角电动机如图3.5所示。它的定子内 圆和转子外圆上均有齿和槽，而且定子和转子的 齿宽和齿距相等。
第3章 步进电动机传动控制
3.1 步进电动机 3.2 步进电动机的环形分配器 3.3 步进电动机的驱动电路
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步进电动机是一种将电脉冲信号转换成直线或 角位移的执行元件。步进电动机的运动由一系列电脉 冲控制，脉冲发生器所产生的电脉冲信号，通过环形 分配器按一定的顺序加到电动机的各相绕组上。为了 使电动机能够输出足够的功率，经过环形分配器产生 的脉冲信号还需要进行功率放大。
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（2）通电方式 双相轮流通电方式
每次有两相绕组通电，通电状态切换时，转子转动平稳， 且输出力矩较大，这种通电方式定位精度高而且不易 失步。
以三相反应式电动机为例，双相轮流通电方式为：UV → VW→WU →UV →… 称为三相双三拍通电。
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（2）通电方式 单双相轮流通电方式
步进电机工作原理及实现PPT
步距角 （3）通电一周，转子转过一种齿距角，
N 为几，一种齿距角分几步走完。
微机控制技术
4．4．2 步进电机控制系统原理
图4—41步进电机控制系统旳构成
p129
微机控制技术
4．4．2 步进电机控制系统原理
（1）步进控制器 ① 涉及：缓冲寄存器、环形分配器、控制逻辑及
正、反转向控制门等。 ② 作用:
微机控制技术
4．4．2 步进电机控制系统原理
本课主要处理如下几种问题： (1) 用软件旳措施实现脉冲序列； (2) 步进电机旳方向控制； (3) 步进电机控制程序旳设计。
微机控制技术
4．4．2 步进电机控制系统原理
1．脉冲序列旳生成
图4—43 脉冲序列 P130 微机控制技术
4．4．2 步进电机控制系统原理
（2）根据所选定旳步进电机及控制方式，写出相应控制方 式旳数学模型。 上面讲旳三种控制方式旳数学模型分别为：
微机控制技术
4．4．2 步进电机控制系统原理
★ 三相单三拍
控制位
工控
步 PC. PC. PC. PC. PC. PC. PC. PC. 作 制 序 7 6 5 4 3 2 1 0 状模
C相 B相 A相 态 型
1 0 0 0 0 0 0 0 1 A 01H
2 0 0 0 0 0 0 1 0 B 02 H
3 0 0 0 0 0 1 0 0 C 04 H
微机控制技术
★ 三相双三拍
用 P1口 旳 P1.2 、P1.1、P1.0 相应 C、B、A 相 进行控制 。
4．4．2 步进电机控制系统原理
★同理，能够得出双三拍和三相六拍旳控制模型： 双三拍 03H，06H，05H
AABBBCCCA ；
N 为几，一种齿距角分几步走完。
微机控制技术
4．4．2 步进电机控制系统原理
图4—41步进电机控制系统旳构成
p129
微机控制技术
4．4．2 步进电机控制系统原理
（1）步进控制器 ① 涉及：缓冲寄存器、环形分配器、控制逻辑及
正、反转向控制门等。 ② 作用:
微机控制技术
4．4．2 步进电机控制系统原理
本课主要处理如下几种问题： (1) 用软件旳措施实现脉冲序列； (2) 步进电机旳方向控制； (3) 步进电机控制程序旳设计。
微机控制技术
4．4．2 步进电机控制系统原理
1．脉冲序列旳生成
图4—43 脉冲序列 P130 微机控制技术
4．4．2 步进电机控制系统原理
（2）根据所选定旳步进电机及控制方式，写出相应控制方 式旳数学模型。 上面讲旳三种控制方式旳数学模型分别为：
微机控制技术
4．4．2 步进电机控制系统原理
★ 三相单三拍
控制位
工控
步 PC. PC. PC. PC. PC. PC. PC. PC. 作 制 序 7 6 5 4 3 2 1 0 状模
C相 B相 A相 态 型
1 0 0 0 0 0 0 0 1 A 01H
2 0 0 0 0 0 0 1 0 B 02 H
3 0 0 0 0 0 1 0 0 C 04 H
微机控制技术
★ 三相双三拍
用 P1口 旳 P1.2 、P1.1、P1.0 相应 C、B、A 相 进行控制 。
4．4．2 步进电机控制系统原理
★同理，能够得出双三拍和三相六拍旳控制模型： 双三拍 03H，06H，05H
AABBBCCCA ；
汽车电工电子技术-步进电机与自动控制-PPT课件
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。
B、C相同时通电， C' 、C 磁极拉住1、3 齿，B、B' 磁极拉住 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。
给定 反 馈
误差
控制对象 反馈环节
•
输出
闭环控制系统结构比较复杂。把输出信号的 一部分通过反馈环节引回到输入端，与给定信号 比较，得到误差信号，再送入控制对象去调节输 出结果。如此反复循环，直至误差为零。这种控 制是通过反馈来实现的，所以也叫做反馈控制系 统。
闭环控制系统（反馈控制系统）的各个基 本环节如下图所示：
给 Ug 控制指令 定 + 元 – 件 Ud Uf 放 大 元 件 执 行 元 件 检测元件 控 制 被调量 对 象
系统中各部分的作用如下：
给定元件——把控制指令变成给定值。它 与被调量存在着一定的函数关系。改变给定值， 即可改变被调量。
检测元件——把被调量检测出来，按一定的 函数关系反馈到输入端。 比较元件——把反馈信号Uf与给定信号Ug比 较以获取误差信号Ud。 放大元件——当误差信号太微弱时，需要用 放大元件把误差信号放大到足以推动执行元件的 程度。 执行元件——直接推动控制对象改变被调量。 控制对象——由执行元件推动的各种装置， 如各种机械负载、发电机、加热炉、闸门等，相 应的被调量就是转速、电压、温度、位移等。
步进电机ppt
A
B'
C'
C
B
A'
总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称 为三相六拍，步距角为15。
2.4、三相双三拍
三相绕组的通电顺序为： AB BC CA AB 共三拍。
A
B'
C'
C
B
A'
A
B'
C'
C
B
A'
AB通电
BC通电
A
B'
C'
C
B
A'
CA通电
工作方式为三相双三 拍时，每通入一个电 脉冲，转子也是转
❖ 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。
2、系统构成：
脉冲信 号输入
脉冲分配器
脉冲放大器
步进 电机
3、步进电机的结构
步进电机的内部结构
步进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 。
这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电， 而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相 单三拍。
三相单三拍的特点：
（1）每来一个电脉冲，转子转过 30。此角称为
步距角，用S表示。
（2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序， 改变通电顺序即可改变转向。
2.3、三相单双六拍
三相绕组的通电顺序为： AABBBCCCAA 共六拍。
30，即 S = 30。
以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六 拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。
三、步进电机的三个重要概念
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齿间距 θ
360 θ = 转子齿间距 = N
。Leabharlann N − 齿数步进角度 δ转子齿间距 θ δ= = 2 × 相数 2p
以常用的2相式50齿步进电机为例：
360 θ= = 7.2 50
7.2 δ= = 1.8 2×2
另外一种比较简便的说法就是以步数来 表示， 200步的步进电机为例 200步为一 步的步进电机为例， 表示，以200步的步进电机为例，200步为一 ），则每步 圈（ 360 ），则每步 1.8 。
。
驱动方式
简单讲，步进电机的动作是靠线圈激磁后， 简单讲，步进电机的动作是靠线圈激磁后，将邻近转子上 相异的磁极吸引过来。因此， 相异的磁极吸引过来。因此，线圈排列的顺序以及激磁信号的 顺序就很重要。 相步进电机为例， 相驱动、 顺序就很重要。以2相步进电机为例，其驱动信号有 相驱动、2 相步进电机为例 其驱动信号有1相驱动 相驱动与1-2相驱动 种。 相驱动3种 相驱动与 相驱动 1相驱动方式是任何时刻只有一组线圈被激磁，其他线圈在休 息，因此，其产生的力矩较小； 2相驱动的方式是任何时刻，有两组线圈同时被激磁； 1-2相驱动的方式又称为“半步驱动”，每个驱动信号只驱动 半步，其信号是将1相驱动信号与2相驱动信号混合而成。
抓住步进电机的位置，称之为定位或归零。 抓住步进电机的位置，称之为定位或归零。
步进电机的控制
怠速步进电机驱动电路设计与实现
步进电机结构 驱动方式
步进电机结构
步进电机（ 步进电机（stepping motor）是一种以脉冲控制 ） 的转动器件，由于是以脉冲驱动， 的转动器件，由于是以脉冲驱动，很适合以数字 或微型计算机来控制。 或微型计算机来控制。
步进电机结构
1、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 步进电机与一般电机结构类似，除了托架、外壳之外， 定子，转子为永久磁铁，线圈是绕在定子上。 定子，转子为永久磁铁，线圈是绕在定子上。 根据线圈的配置，可分为2 相等， 2、 根据线圈的配置，可分为2相、4相、5相等，4相步进电机是由四组 线圈所构成， 相步进电机是由五组线圈所构成，如图所示： 线圈所构成，5相步进电机是由五组线圈所构成，如图所示：
步进电机的定位
当我们开启个人计算机时，计算机上的软驱会动一下， 当我们开启个人计算机时，计算机上的软驱会动一下， 连接该计算机的外围设备也会有所反应。不管是动一下、 连接该计算机的外围设备也会有所反应。不管是动一下、闪 一下，就是RESET的动作，让所有的器件归为一定的状态。 RESET的动作 一下，就是RESET的动作，让所有的器件归为一定的状态。 同样步进电机在使用之前必须归零或定位， 同样步进电机在使用之前必须归零或定位，才能精确使用这 个步进电机；若一开始步进电机的转子位置不对， 个步进电机；若一开始步进电机的转子位置不对，则可能发 生以下下列两种非预期状态。 生以下下列两种非预期状态。 先顺时针转再逆时针转 先抖动、 先抖动、顺时针再逆时针转 解决方法：在开始运作之前，先送出一组信号， 解决方法：在开始运作之前，先送出一组信号，即可正确地