步进电机性能测试系统的关键问题分析与解决
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步进驱动伺服系统精度分析及改善措施
在步进驱 动系统 中影 响伺 服精度 的主要 因素包 括
以下几个方面 ：
对于精度要求较高 的数控机 床 ， 开环伺服 系统 针对
存在的不足， 通过对开环控制方式进行改进而采用开环
补偿型控制方式 。即选 用 步进 电动机 开环 伺服 机构 作 为基本控制方式 ， 并在此基础 上附加一套工 作 台位移 检 ．
Ｏ 前言
步进电动机与驱动电路组成的开环进给系统 ， 具 有结构简单、 控制方便、 价格便宜 、 性能可靠等优点 ， 广
泛应 用于经济 型数控 机床 以及 旧设备 的数 控 改造 中， 在我 国机床行业 的数 控化进程 中 占有重要地 位 。 步进驱动系统控 制原理如 图 １所示 。该 系统 中没
时专心于应用程序 的逻辑 而不用注意语 法 的对 错 ； ｂ 强 有力 的工 程校验 器 ， ． 用户 可用 其创 建错 误 清
定性和可靠性， 减少机床故障， 增加产出， 为公司创造
维普资讯
数控 ・ 数显—— 步进驱动伺服系统精度分析及改善措施
机床 电器 ２０ ． ０６２
步 进 驱 动 伺 服 系统 精 度 分 析及 改 善 措 施
池海宁 （ 陕西理工学院，２０ ３ ７ ３０ ）
摘要 ： 文对步进驱 动系统伺服 精度影 响因素进行 了全面分析 ， 本 并提 出有 效的解 决方 法 ， 具有 一定 的 实际 参考 价值 。 中图分类号 ：Ｍ ８ ． Ｔ ３３４ 、 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ：０ ４— ４０ ２ ０ ） ２— ０ ９— １ １０ ０ ２ （ ０６ ０ ０ １ ０ 关键词 ： 步进驱动伺服系统 ； 精度分析 ； 改善措施
有反馈检测装置 ， 其前 向通道中的各种误差无法通过 反馈信息来加以补偿 ， 从而直接导致了输出位置误差。 因此 ， 对开环进给 系统 的精度进行 分析 ， 取必要 的 并采
以下几个方面 ：
对于精度要求较高 的数控机 床 ， 开环伺服 系统 针对
存在的不足， 通过对开环控制方式进行改进而采用开环
补偿型控制方式 。即选 用 步进 电动机 开环 伺服 机构 作 为基本控制方式 ， 并在此基础 上附加一套工 作 台位移 检 ．
Ｏ 前言
步进电动机与驱动电路组成的开环进给系统 ， 具 有结构简单、 控制方便、 价格便宜 、 性能可靠等优点 ， 广
泛应 用于经济 型数控 机床 以及 旧设备 的数 控 改造 中， 在我 国机床行业 的数 控化进程 中 占有重要地 位 。 步进驱动系统控 制原理如 图 １所示 。该 系统 中没
时专心于应用程序 的逻辑 而不用注意语 法 的对 错 ； ｂ 强 有力 的工 程校验 器 ， ． 用户 可用 其创 建错 误 清
定性和可靠性， 减少机床故障， 增加产出， 为公司创造
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数控 ・ 数显—— 步进驱动伺服系统精度分析及改善措施
机床 电器 ２０ ． ０６２
步 进 驱 动 伺 服 系统 精 度 分 析及 改 善 措 施
池海宁 （ 陕西理工学院，２０ ３ ７ ３０ ）
摘要 ： 文对步进驱 动系统伺服 精度影 响因素进行 了全面分析 ， 本 并提 出有 效的解 决方 法 ， 具有 一定 的 实际 参考 价值 。 中图分类号 ：Ｍ ８ ． Ｔ ３３４ 、 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ：０ ４— ４０ ２ ０ ） ２— ０ ９— １ １０ ０ ２ （ ０６ ０ ０ １ ０ 关键词 ： 步进驱动伺服系统 ； 精度分析 ； 改善措施
有反馈检测装置 ， 其前 向通道中的各种误差无法通过 反馈信息来加以补偿 ， 从而直接导致了输出位置误差。 因此 ， 对开环进给 系统 的精度进行 分析 ， 取必要 的 并采
步进电机常见故障及处理优秀课件
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。
步进电机常见故障及处理优秀课件
A
B' 1 C'
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。
要使平均电流大，尽可能提高驱动电压，使采 用小电感大电流的电机。
步进电机常见故障及处理优秀课件
二、步进电机的分类：
按转矩产生的原理可分为:
1.反应式步进电机; 2.永磁式步进电机; 3.混合式步进电机；
从电流的极性上可分为:
1.单极性步进电机; 2.双极性步进电机
步进电机常见故障及处理优秀课件
从控制绕组数量上可分为:
U、V、W接电机动力线，PE是地； L、N接供电电源；
步进电机常见故障及处理优秀课件
华中数控
控制信号说明： PULSE：脉冲信号输入端，每一个脉冲的上升沿使
电动机转动一步。 DIR：方向信号输入端，如“DIR”为低电平，电
机 按顺时针方向旋转； “DIR”为高电平电机按 逆时针方向旋转。
CW： 正转信号，每个脉冲使电机正向转动一步。 CCW：反转信号，每个脉冲使电机反向转动一步。
DIR+——电机转动方向控制信号； RESET+—复位信号，用于封锁输入信号； READY+—报警信号； PULSE-、DIR-、RESET-和READY-短接为公共地；
RDY
步进电机常见故障及处理优秀课件
A
B' 1 C'
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。
要使平均电流大，尽可能提高驱动电压，使采 用小电感大电流的电机。
步进电机常见故障及处理优秀课件
二、步进电机的分类：
按转矩产生的原理可分为:
1.反应式步进电机; 2.永磁式步进电机; 3.混合式步进电机；
从电流的极性上可分为:
1.单极性步进电机; 2.双极性步进电机
步进电机常见故障及处理优秀课件
从控制绕组数量上可分为:
U、V、W接电机动力线，PE是地； L、N接供电电源；
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华中数控
控制信号说明： PULSE：脉冲信号输入端，每一个脉冲的上升沿使
电动机转动一步。 DIR：方向信号输入端，如“DIR”为低电平，电
机 按顺时针方向旋转； “DIR”为高电平电机按 逆时针方向旋转。
CW： 正转信号，每个脉冲使电机正向转动一步。 CCW：反转信号，每个脉冲使电机反向转动一步。
DIR+——电机转动方向控制信号； RESET+—复位信号，用于封锁输入信号； READY+—报警信号； PULSE-、DIR-、RESET-和READY-短接为公共地；
RDY
步进电机和驱动常见故障分析和处置
位信号为高电平时就禁止任何有效旳脉冲，输入信号无效，电机无 保持扭矩。 READDY: 输入报警信号：READY是继电器开关，当驱动器正常工作时继电器闭
合，当驱动器工作异常时继电器断开。继电器允许最高输入电压和电 流
是：35VDC，10mA≤I≤200mA，电阻性负载。如用该继电器，要把他串 联
到CNC旳某输入端。当驱动器正常工作时继电器闭合，外部24VDC经过 继
T
0
图10 步进电机矩角特征
（三）开启惯频特征
在负载转矩ML=0旳条件下，步进电动机由静止状态忽然开启，不丢步地进入正常 运营状态所允许旳最高开启频率，称为开启频率或突跳频率，超出此值就不能正
常开启。开启频率与机械系统旳转动惯量有关，涉及步进电动机转子旳转动惯量，
加上其他运动部件折算至步进电动机轴上旳转动惯量。下图表达开启频率与负载
（四）. 电机运转不规则，正反转地摇晃
1. 指令脉冲频率与电机发生共振； 2. 外部干扰。
（五）. 电机定位不准
1. 加减速时间太小； 2. 存在干扰噪声； 3. 系统屏蔽不良。
（六） . 电机过热：
1. 工作环境过于恶劣，环境温度过高； 2. 参数选择不当，如电流过大，超出相电流； 3. 电压过高。
其中 Z-转子齿数，N-运营拍数。
步进电机每走一步，转子实际旳角位移与设计旳步距角存在有步距 误差。连续走若干步时，上述误差形成累积值。转子转过一圈后，回 至上一转旳稳定位置，所以步进电机步距旳误差不会长久积累。步进 电机步距旳积累误差，是指一转范围内步距积累误差旳最大值，步距 误差和积累误差一般用度、分或者步距角旳百分比表达。影响步距误 差和积累误差旳主要原因有: 齿与磁极旳分度精度；铁心迭压及装配 精度；各相矩角特征之间差别旳大小；气隙旳不均匀程度等。
合，当驱动器工作异常时继电器断开。继电器允许最高输入电压和电 流
是：35VDC，10mA≤I≤200mA，电阻性负载。如用该继电器，要把他串 联
到CNC旳某输入端。当驱动器正常工作时继电器闭合，外部24VDC经过 继
T
0
图10 步进电机矩角特征
（三）开启惯频特征
在负载转矩ML=0旳条件下，步进电动机由静止状态忽然开启，不丢步地进入正常 运营状态所允许旳最高开启频率，称为开启频率或突跳频率，超出此值就不能正
常开启。开启频率与机械系统旳转动惯量有关，涉及步进电动机转子旳转动惯量，
加上其他运动部件折算至步进电动机轴上旳转动惯量。下图表达开启频率与负载
（四）. 电机运转不规则，正反转地摇晃
1. 指令脉冲频率与电机发生共振； 2. 外部干扰。
（五）. 电机定位不准
1. 加减速时间太小； 2. 存在干扰噪声； 3. 系统屏蔽不良。
（六） . 电机过热：
1. 工作环境过于恶劣，环境温度过高； 2. 参数选择不当，如电流过大，超出相电流； 3. 电压过高。
其中 Z-转子齿数，N-运营拍数。
步进电机每走一步，转子实际旳角位移与设计旳步距角存在有步距 误差。连续走若干步时，上述误差形成累积值。转子转过一圈后，回 至上一转旳稳定位置，所以步进电机步距旳误差不会长久积累。步进 电机步距旳积累误差，是指一转范围内步距积累误差旳最大值，步距 误差和积累误差一般用度、分或者步距角旳百分比表达。影响步距误 差和积累误差旳主要原因有: 齿与磁极旳分度精度；铁心迭压及装配 精度；各相矩角特征之间差别旳大小；气隙旳不均匀程度等。
与步进电机速度有关的问题
与步进电机速度有关的问题步进电机是一种最常用的电动机之一，广泛应用于各种自动控制系统中。
在许多应用中，步进电机的精度被认为是非常重要的。
然而，随着步进电机的速度增加，这种精度往往会降低。
因此，经常会遇到与步进电机速度有关的问题。
本文将介绍这些问题以及可能的解决方案。
步进电机速度的影响因素步进电机速度的影响因素有很多，这里列举一些最为常见的因素：1.驱动电压和电流：驱动电压和电流是步进电机旋转的主要驱动力。
一般来说，增加驱动电压和电流可以增加步进电机的速度。
但是，如果电压和电流过高，可能会引起步进电机的过热和损坏。
2.脉冲频率：脉冲频率是指驱动步进电机控制器输出的脉冲信号的频率。
增加脉冲频率可以提高步进电机的速度。
但是，如果脉冲频率过高，可能会引起步进电机失步。
3.步进电机内部阻力：步进电机内部阻力也会影响步进电机的速度。
如果步进电机内部阻力过大，可能会导致步进电机的速度减缓或失步。
4.负载力矩：负载力矩是指步进电机输出的力矩。
增加负载力矩会使步进电机的速度降低。
因此，在选择步进电机时，需要根据负载力矩来确定最佳的步进电机型号。
如何解决步进电机速度的问题对于与步进电机速度有关的问题，有一些解决方案可以采取。
1.增加驱动电压和电流：增加驱动电压和电流是增加步进电机速度的一种有效方法。
但是需要注意电压和电流过高可能会导致步进电机过热和损坏。
2.优化脉冲频率：通过优化脉冲频率，可以提高步进电机速度并减少失步的可能性。
通常来说，选择具有更高输出频率的驱动控制器可以提高系统的速度响应和精度。
3.减少负载力矩：减少负载力矩可以提高步进电机的速度。
对于一些高速运动应用，可以尝试通过增加减速器或选择高精度的轴承等方法来减小负载力矩。
4.使用更先进的控制器：更先进的控制器通常可以提供更高的精度和更快的响应速度。
一些具有高级控制算法的控制器可以提供更准确的位置控制，从而提高步进电机的速度和精度。
5.减少步进电机内部阻力：通过减少步进电机内部阻力，可以提高步进电机的速度。
步进电机及驱动常见故障分析与处理
电器输入到CNC输入端，否则外部24VDC无法输入到CNC输入端。 注意：PULSE+与CW+，PULSE-与CW-，DIR-与CCW-对应同一个接线口，按控制方式不
同给出的两种定义名称。
整理ppt
四. 步进电机的主要特性：
（一） 步距角和步距误差：
转子每步转过的空间机械角度，即步距角β为 β=360°/Z*N
混合式步进电机结合了反应式步进电机和永磁式步进电机的优点， 采用永久磁铁提高电动机的转矩，采用细密的极齿来减小步距角， 是目前数控机床上应用最多的步进电动机。
整理ppt
按步进电动机输出转矩的大小可分为：
1. 快速步进电动机 2. 功率步进电动机
快速步进电动机连续工作频率高，而输出转矩小。功率步进电动机的 输出转矩比较大，数控机床一般采用功率步进电动机。
从电流的极性上可分为: 1.单极性步进电机; 2.双极性步进电机
整理ppt
从控制绕组数量上可分为:
1.二相步进电机; 2.三相步进电机; 3.四相步进电机; 4.五相步进电机; 5.六相步进电机；
从运动的型式上可分为：
1.旋转步进电机。 2.直线步进电机。 3.平面步进电机。
整理ppt
三.步进电机的驱动电路、控制方式及接线图 （一）. 驱动电路：
其中 Z-转子齿数，N-运行拍数。
步进电机每走一步，转子实际的角位移与设计的步距角存在有步距 误差。连续走若干步时，上述误差形成累积值。转子转过一圈后，回 至上一转的稳定位置，因此步进电机步距的误差不会长期积累。步进 电机步距的积累误差，是指一转范围内步距积累误差的最大值，步距 误差和积累误差通常用度、分或者步距角的百分比表示。影响步距误 差和积累误差的主要因素有: 齿与磁极的分度精度；铁心迭压及装配 精度；各相矩角特性之间差别的大小；气隙的不均匀程度等。
同给出的两种定义名称。
整理ppt
四. 步进电机的主要特性：
（一） 步距角和步距误差：
转子每步转过的空间机械角度，即步距角β为 β=360°/Z*N
混合式步进电机结合了反应式步进电机和永磁式步进电机的优点， 采用永久磁铁提高电动机的转矩，采用细密的极齿来减小步距角， 是目前数控机床上应用最多的步进电动机。
整理ppt
按步进电动机输出转矩的大小可分为：
1. 快速步进电动机 2. 功率步进电动机
快速步进电动机连续工作频率高，而输出转矩小。功率步进电动机的 输出转矩比较大，数控机床一般采用功率步进电动机。
从电流的极性上可分为: 1.单极性步进电机; 2.双极性步进电机
整理ppt
从控制绕组数量上可分为:
1.二相步进电机; 2.三相步进电机; 3.四相步进电机; 4.五相步进电机; 5.六相步进电机；
从运动的型式上可分为：
1.旋转步进电机。 2.直线步进电机。 3.平面步进电机。
整理ppt
三.步进电机的驱动电路、控制方式及接线图 （一）. 驱动电路：
其中 Z-转子齿数，N-运行拍数。
步进电机每走一步，转子实际的角位移与设计的步距角存在有步距 误差。连续走若干步时，上述误差形成累积值。转子转过一圈后，回 至上一转的稳定位置，因此步进电机步距的误差不会长期积累。步进 电机步距的积累误差，是指一转范围内步距积累误差的最大值，步距 误差和积累误差通常用度、分或者步距角的百分比表示。影响步距误 差和积累误差的主要因素有: 齿与磁极的分度精度；铁心迭压及装配 精度；各相矩角特性之间差别的大小；气隙的不均匀程度等。
步进电机及驱动常见故障分析与处理
驱动器噪音
总结词
驱动器噪音表现为电机在运行过 程中发出异常声响，可能是由于 电机内部元件损坏、电机安装不 良等原因引起的。
详细描述
在处理噪音故障时，应先检查电 机内部元件是否正常，再检查电 机安装是否牢固，最后检查电机 运行参数是否正常。
03
步进电机及驱动故障处理 方法
电机失步处理方法
总结词
电机失步是指电机运行过程中出现步数丢失的现象，可能是由于驱动器故障、电机本身问题或控制信 号问题等原因导致。
步进电机及驱动常见 故障分析与处理
目录
• 步进电机常见故障分析 • 步进电机驱动器常见故障分析 • 步进电机及驱动故障处理方法 • 步进电机驱动器故障处理方法 • 预防性维护和保养建议
01
步进电机常见故障分析
电机失步
总结词
电机失步是指步进电机在运行过程中不能按照指令进行精确的定位或产生较大 的累计误差。
要点二
详细描述
当驱动器有噪音时，应首先检查电机是否正常，电机是否 有损坏或故障。然后检查驱动器是否正常，驱动器是否有 损坏或故障。接着检查线路是否正常，线路是否有短路或 断路等问题。最后检查负载是否过大，负载过大也会导致 驱动器噪音过大。
05
预防性维护和保养建议
定期检查和清洁
定期检查步进电机及驱动的外观， 确保没有明显的破损或异常。
清洁电机和驱动器表面，去除灰 尘和杂物，保持清洁的运行环境。
检查电机和驱动器的连接线，确 保没有松动或破损，如有需要应
及时更换。
定期更换磨损部件
定期检查步进电机及 驱动的轴承、齿轮等 关键部件，确保没有 过度磨损。
定期润滑电机和驱动 器的轴承，保证其顺 畅运转。
对于磨损严重的部件 应及时更换，避免影 响电机的正常运行。
步进电机存在的问题及解决方法
越难控制。九，为什么步进电机的力矩会随转速的升高 而下降？当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形 成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。
在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流 减小，从而导致力矩下降。
全文完！阅读完毕，谢谢观赏！
手机信号放大器 /
信号FREE为低电平时，驱动器输出到电机的电流被切断， 电机转子处于自由状态（脱机状态）。在有些自动化设 备中，如果在驱动器不断电的情况下要求直
接转动电机轴（手动方式），就可以将FREE信号置低， 使电机脱机，进行手动操作或调节。手动完成后，再将 FREE信号置高，以继续自动控制。六，如
何选择步进电机驱动器供电电源？确定驱动器的供电电 压，然后确定工作电流；供电电源电流一般根据驱动器 的输出相电流I来确定。如果采用线性电源，电源
一，如何控制步进电机的方向？1、可以改变控制系统的 方向电平信号。2、可以调整电机的接线来改变方向，具 体做法如下：对于两相电机，只需将其中一相
的电机线交换接入驱动器即可，如A+和A-交换。对于三 相电机，将相邻两相的电机线交换， 如：A，B，C三相， 交换A，B两相就可二，步进电机振动
大，噪声也很大，什么原因？遇到这种情况是因为步进 电机工作在振荡区，解决办法：1、改变输入信号频率CP 来避开振荡区。2、采用细分驱动器，使步距
小。八，细分驱动器的细分数是否能代表精度？细分也 叫微步，主要目的是减弱或消除步进电机的低频振动， 提高电机的运转精度只是细分技术的一个附带功能
。比如对步进角为1.8°的两相混合式步进电机，如果 细分驱动器的细分数设置为4，那么电机的运转分辨率为 每个脉冲0.45°，电机
的精度能否达到或接近0.45°，还取决于细分驱动器 的细分电流控制精度等其它因素。不同厂家的细分驱动 器精度可能差别很大；细分数越大精度
步进电机性能测试报告
步进电机性能测
试报告
步进电机性能测试报告
步进电机是一种常见的电动机，其性能测试报告对于了解电机的工作特性以及质量评估具有重要意义。
下面将按照步骤逐步解读这份报告。
报告首先提到了测试的目的，即评估步进电机的性能。
这是测试工作的出发点，也是测试结果的依据。
接着报告列出了测试项目，包括静态特性测试、动态特性测试以及噪声测试。
通过这些测试项目，可以全面地评估步进电机的性能。
首先进行的是静态特性测试。
报告中提到了测试步进电机的定位精度、转动角度误差以及静态保持力等指标。
这些指标直接反映了电机的准确性和稳定性。
接下来是动态特性测试。
报告中提到了测试步进电机的转速范围、加速度和减速度等指标。
这些指标反映了电机的响应速度和控制能力。
最后是噪声测试。
报告中提到了测试步进电机在不同工作负载下的噪声水平。
这个指标对于一些对噪声要求较高的应用场景非常重要。
在每个测试项目中，报告都列出了具体的测试方法和测试结果。
这些结果以表格或者图表的形式展示，便于读者理解和比较。
在报告的结尾，总结了步进电机的性能测试结果，并且对比了测试结果与预期指标之间的差距。
这个部分的分析可以帮助读者评估步进电机的性能是否符合要求。
通过这份步进电机性能测试报告，我们可以全面了解电机的工作特性和性能表现。
这对于购买和使用步进电机的用户来说具有重要意义，同时也对于电机制造商来说是一项重要的质量评估工作。
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则 主控 机 发 出 Ｆ ｈ Ｆ。
生的时间保存下来 （ 将定时器 的定 时值或计数值捕 获到相应 寄
存 器 中 ）并 判 断 是 否需 要 产 生 中断 。 ， Ｐ ９ Ｐ ９ ２ 具 有 两 个 输 入 捕 获 通 道 Ｉ （ ２７ 、 ８ＬＣ ３ ＣＡ Ｐ ．）Ｉ ＣＢ
（ ２０ 。 Ｐ ．） 由于 Ｃ ＣＵ模块 已经内嵌 了噪声 滤波器单元 。 以一般 所
中的相应数据即可。 这种方 案便 于控制打 印机的配置 ， 也提 高了
可重用 性。 结合良好 的 自动修整参数算法 ， 以实现打 印机参数 可
的 自动 配 置 以达 到最 好 的工 作 性 能 。
因此 。 电 机 驱 动性 能 的 测 试 需 要பைடு நூலகம்测 量 的 信 号 有 ： 动 电路 对 驱 输 出 的励 磁 脉 冲 以及 电流 等 级 等 控 制 信 号 和 编 码 盘 输 出 的反 映
刘 天 贻 张 乐年 （ 南京航空航天大学机 电学院。 苏 南京 ２ ０ １ ） 江 １０ ６
摘 要
介绍 了针式打 印机步进 电机性 能测试 系统的 系统构成 以及 工作流程 ， 出了一个 关于高精度 脉 宽捕获 、 提 多通道 时钟 同 步、 Ｌ ＣＰ Ｄ步进脉 冲合成 、８ 堪 线网络通讯等问题 的高性价 比解 决范例 。 ４５ 关键词 ： 高精度脉宽捕获 ， 多通道 时钟 同步 ， Ｐ Ｄ步进脉 冲合成 ，８ ＣＬ ４ ５总线网络通讯
由上 面 的 工作 原 理 可 以看 出针 式 打 印机 是按 行 打 印 ，影 响 打 印 速 度 的 关 键 是字 车横 向移 动 速 度 。 此 。 因 在兼 顾 到成 本 以及 打 印
４ 上 位 机 寻 址 各 通 道 后 端 数 据 存 储转 发 ８ ５ ） ０ １单 片机 ， 出 发
ｐ ｔ ｆｒ ｒ ｉ ｈ ｃ ｓ ｅ ｏｒ ａ ｃ ｏ ｕｉｎ ｃ ｕ ｔｔ ｉｈ ａ ｃ ｒ ｃ ｕｓ ｄ ｈ ｃ ｔ ｈｎ ｐ ｌ ｏ ｍａｔ ｇ ｗｉ Ｌ ｃ ｃ ｕ ｏｗａ ｄ ａ ｈｇ ｏ ｔｐ ｄ ｒ ｎ ｅ ｓ ｌｔ ａ ｇｈ ｏ ｈｇ － ｃ ｕ ａ ｙ ｐ ｌ ｗｉｔ ａ ｃ ｉ ｎ ｏ ｅ ｇ， ｕ ｅ ｆ ｒ ｔ ｎ ｔ ＣＰ Ｄ．ｌ ｋ ｓ ｉ ｈ ｏ
情 况 下 ， 件设 计 不 需 要 做 其 他 处 理 ， 以 将需 要 测 量 的 量 直 接 硬 可
接 至 ＩＡ 和 ＩＢ端 口 即可 。 Ｃ Ｃ
由于系统采集行数较 多 ， 数据量很大 。 为缩小 上传时间 ， 采
用 了 ２ ．１４ Ｚ 的 晶振 ，串 口 波 特 率 设 置 为 １ ５ ０ 。 虽 然 ２１８ ＭＨ １２ｏ ４ ５串 １通 讯 出错 概 率小 ，但 如 果 通 道 编 号 和 实 际 命 令 这 些 数 ８ ３ ：
１ 针 式 打 印 机 的工 作 原 理
圈 １ 数 据 采 集 系统 结 构 框 圈
１启 动采集时 ， ） 上位机寻址 采集系统主控机 。 出准 备采集 发 指 令。 主控 机解 析后 ，发 出开始采 集指令 ，各通 道前 端采集
Ｌ Ｃ９ ２单 片 机 启 动 计 时 器 ，并 通 知后 端 的数 据 存 储 转 发 ８ ５ Ｐ ３ ０１
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＜ 业 控 制 计算 机》 ０ ６年 １ 工 ２０ ９卷 第 ２期 Ｃ ＣＵ单 元 的 功 能 ： 某 一 输 入信 号 （ 单 片 机 某 引 脚 对 应 ） 对 与
４ １ ９ ｈ Ａ ｈ Ｂ ｈ ＣＣ 、 Ｄ 、 Ｅ 、Ｆ ９ 、 Ａ 、 Ｂ 、 ｈ Ｄ ｈ Ｅ ｈ Ｆ ｈ作 为 命 令标 识 头 ，其 后 为
Ａ ＣＫ 中 位 为 “ ， １ 的超 过 ４个 则 认 为 上 条 命 令 发 送 失 败 。 则 认 ＇ 否 为 命令 发 送 成 功 。采 用 了这 样 的 约 定 后 ， ５总线 网络 的通 讯 容 ８ ４
全 达 到 了 预期 目标 。 ４ 步 进脉 冲的 Ｃ Ｌ 合 成 ＰＤ 算 法 是根 据 打 印 机 四 相 电 机 的 步 进 脉 冲和 编 码 盘 反 映 的实
据发送 出错 了会导致通道出现错误 。 因此 ， 需要采用一定 的校验
方 法来 避 免 。
由于采集通道数较少 。本文采用 了高低 字节备份校验 的方 法： 对于采集通道 的编号 ， 高低字节一样 ， 对于实际 的命令 ， 高低 字节互补 。同样 ， 上位机对 接收到 的 Ａ ＣＫ也要进行 校验 ： 如果
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步进 电机性 能测 试系统的关键问题分析与解决
步进电机性能测试系统的关键问题分析与解决
Ｋ ｙ Ｃａ ｅ Ｓ ｕ ｙ ａ ｄ Ｓ ｌｉｇ ｏ ｈ ｕ ｃ ｉ ｎ Ｔ ｓ ｙ ｔ ｍ ｆｔ ｅ Ｓ ｅ ｔ ｒ ｅ ｓ ｔ ｄ ｎ ｏｖ ｎ ｆｔ ｅ Ｆ ｎ ｔ ｅ ｔ Ｓ ｓｅ ｏ ｈ ｔ ｐ Ｍｏ ｏ ｏ
之所以采用 Ｐ ９ Ｐ ９ ２芯 片 ，一方 面是因为它运行 速度 ８ＬＣ ３ 快 ， 于标 准 ８ Ｃ １ ６倍 ０ ５ 器件 。 以满足高实 时性 的采集需要 ， 可 由 于要 采集最窄 的脉 宽仅 有 ５ ｐ ，因此要求 中断 响应时间很短 ， ０， ｓ 实践证 明该器件可 以满 足这个 高实时性要求 ；另 一方 面采集 的
Ｐ ９ Ｐ ９ ２是 增 强 型 的 ８ Ｃ５ 芯 片 。运 行 速 度 ６倍 于 标 ８ＬＣ ３ ０ １
质 量 的 同 时 尽 量缩 短 电机 的励 磁 时 间 是 提 高 速 度 的 根 本 途 径 。
当今的针打厂商在开发 打印机 的时 候 ，都采用了配置表 的 方法 ：电机励磁时间以及励磁 电流大小 等重要的参数可配置地
根据特殊 功能 寄存 器的设 置， ８ Ｌ Ｃ９ ２芯片可以对输 入 Ｐ９Ｐ ３ 信号的上升沿事件和下降 沿事件进行捕 获 ，一旦特定的事件发 生， 就把当前计时器里的计时值 自动保存到一个寄存器里 ， 然后 清零计时器 ， 并触发 中断。对于开发编程而言 ， 只需 要初始化之 后启动捕获 中断 ， 中断程序里直接读取该 寄存器值 即可。 在 由 以上可 以看出 。８ Ｌ Ｃ９ ２芯 片的 Ｃ Ｐ９Ｐ ３ ＣＵ单元硬 件设 计 和软件编程都很简单 ，而且 实际脉宽采集精度和处理速度也完
进行监视 ， 当该信号产生跳变（ 上升沿或 下降沿 ）则将该 跳变产 。
对应通道的编号 ， 之后是实际 的命令。 ２ ）各通道接收到命令后 ， 出 Ａ 发 ＣＫ响应消息 。 如果命令校
验 通 过 ． 回 ０ ｈ 然 后按 设 置 的 命 令 工 作 ； 果 命 令 接 收 错 误 ， 返 ０． 如
机 构 进 纸 产 生 行距 ， 时 打 印 头 回 车换 行 ， 印 下 一 行 ； 述 过 同 打 上
指令 。 主控机解析后 ， 发出停 止采集 指令 ， 各通道停止采集 ， 时 计
器 清零 并 停 止 计 时 。
程反复进行 ， 直到打印完 毕。 要求打 印机在满 足打印质量 的前 提下尽 量提高 打 印速度 。
Ａｂ ｔａｃ ｓｒ ｔ
Ｈ ｖ ｅ ｏ ａ ｅ ｒｃ ｍｍｅ ｄ ｄ ｔｅ ｓ ｓｅ ｔ ｏ ｏ ｉ ｎ ａ ｄ ｗｏ ｋ ｌ ｏ ｈ ｔ ｐ ｍｏ ｏ ｓ ｆ ｎ ｔ ｎ ｔ ｓ ｙ ｔ ｍ ｂ ｕ ｒ ｔｒ ａ ｅ ｎ ｅ ｈ ｙ ｔｍａ ｉ ｃ ｍｐ ｓ ｉ ｎ ｒ ｆ ｗ ｆｔ ｅ ｓｅ ｔ ｒ ｕ ｃｉ ｅ ｔ ｓ ｓ ｅ ａ ｏ ｔｐ ｉ ｅ ． ｖ ｃ ｔ ｏ ｏ ｏ ｎ ｈ
读取数据 区指令 。 相应通道上传本次采集到的数据。
３ 高 精 度 、 实 时 性脉 宽 采集 高
算法要求 以 ０２ ＿ ｓ的精度采集 步进脉 冲和编码盘脉 冲 ， 编 码盘脉 冲最窄脉宽仅有 ５ ｐ ０， Ｓ左右 ，本文选用 了 Ｐ ｉ ｓ公司的 ｈｌ ｉ ｐ Ｐ９Ｐ ３ ８ Ｌ Ｃ９ ２器件来捕获脉宽。
存 储 在 驱 动 电 路 的存 储 器 里 ，当需 要修 改 设 计 的 时 候 刷 新 该 表
准 ８ Ｃ５ ０ １器 件 ， 它采用 了高性能 的处理器结 构 ， 集成 了许 多系
统 级 功 能 ， 用 于 许 多要 求 高 集 成 度 、 成 本 的 场 合 。 Ｌ Ｃ ３ 适 低 Ｐ ９２ 具 有 Ｐ Ｐ 、２和 Ｐ ０、 １ Ｐ ３四 组 Ｉ 口 。３为 ２位 ，其 余 为 ８位 ， ／ Ｏ Ｐ 它 们 可 以 由用 户 定 义 输 入 输 出 类 型 。
ｂｕ ｔ ｋ ｃ ｓ ｎｅｗｏｒ ｏｍｍ ｕ ｃ ｉｎ ｎｉａｔ ｏ
在“ 金税工程” 基础上形成的“ 十二 金工程” 使票据 打印发展 迅速 ， 成为国内针打市场 的主流 ， 市场对 打印机性 能的要 求越来
越 高 。 望 尽 量 在 满 足 打 印 质 量 的前 提 下 缩 短 时 间 。 印机 开 发 希 打
本 文 采 用 了 Ｐ ｉ ｓ公 司 的 Ｐ ９，Ｃ９ ２微 控 制 器 来 捕 获 脉 ｈｌ ｉ ｐ ８［ ． ３ Ｐ
． 一
『
，
啪 ＩＩＩ． 畦・ Ｉ
ｆ ” ｌ笮 ｌ ： 、
冲宽度 ， 采用 ＣＰ Ｄ来合成 步进 脉冲 ， Ｌ 采用普通 的 ８ ５ ０ １单片机 来实现主机与采集系统 的交互 。该 系统 以低廉 的成本解决 了高 精度 、 高实时性脉 宽采 集 ， 驱动脉冲合成步进 脉 冲， 各采集 通道 的严格时钟同步 ， 多结点 ４ ５总线网络与上位机 的通讯 等问题 。 ８
ｓ ｎ ｈ ｏ ｉ ｔ ｎ ｏ ｎ ａ ｓ ａ ｓ４ ５ ｂ ｓ ｎ ｔ ｒ ｏ ｙ ｃ ｒ ｎｚ ｉ ｆ ｍａ ｙ ｐ ｓ ｗ ｙ ， ８ ｕ ｅｗｏ ｋ ｃ ｍｍｕ ｉａ ｉｎ ｅ ｃ ａｏ ｎｃ ｔ ．ｔ ． ｏ Ｋ ｙ ｒｓ ｈｇ ａ ｃ ｒ ｃ ｕｓ ｗ ｄ ｈ ａ ｃ ｉｇ ｃｏ ｋ ｙ ｃ ｒ ｎｚ ｔ ｎ ｏ ｎ ｐ ｓ ｗａ ｓ ｐ ｌ ｆ ｒ ｔ ｎ ｗｔ Ｃ Ｌ ．８ ｅ ｗｏ ｄ ：ｉ ｈ— ｃ ｕａ ｙ ｐ ｌ ｅ ｉ ｔ ｃ ｔ ｈｎ 。ｌｃ ｓ ｎ ｈｏ ｉａ ｉ ｆ ｍａ ｙ ａ ｓ ｙ ． ｕ ｅ ｏ ｍａ ｉｇ ｉ ｏ ｓ ｈ Ｐ Ｄ４ ５
生的时间保存下来 （ 将定时器 的定 时值或计数值捕 获到相应 寄
存 器 中 ）并 判 断 是 否需 要 产 生 中断 。 ， Ｐ ９ Ｐ ９ ２ 具 有 两 个 输 入 捕 获 通 道 Ｉ （ ２７ 、 ８ＬＣ ３ ＣＡ Ｐ ．）Ｉ ＣＢ
（ ２０ 。 Ｐ ．） 由于 Ｃ ＣＵ模块 已经内嵌 了噪声 滤波器单元 。 以一般 所
中的相应数据即可。 这种方 案便 于控制打 印机的配置 ， 也提 高了
可重用 性。 结合良好 的 自动修整参数算法 ， 以实现打 印机参数 可
的 自动 配 置 以达 到最 好 的工 作 性 能 。
因此 。 电 机 驱 动性 能 的 测 试 需 要பைடு நூலகம்测 量 的 信 号 有 ： 动 电路 对 驱 输 出 的励 磁 脉 冲 以及 电流 等 级 等 控 制 信 号 和 编 码 盘 输 出 的反 映
刘 天 贻 张 乐年 （ 南京航空航天大学机 电学院。 苏 南京 ２ ０ １ ） 江 １０ ６
摘 要
介绍 了针式打 印机步进 电机性 能测试 系统的 系统构成 以及 工作流程 ， 出了一个 关于高精度 脉 宽捕获 、 提 多通道 时钟 同 步、 Ｌ ＣＰ Ｄ步进脉 冲合成 、８ 堪 线网络通讯等问题 的高性价 比解 决范例 。 ４５ 关键词 ： 高精度脉宽捕获 ， 多通道 时钟 同步 ， Ｐ Ｄ步进脉 冲合成 ，８ ＣＬ ４ ５总线网络通讯
由上 面 的 工作 原 理 可 以看 出针 式 打 印机 是按 行 打 印 ，影 响 打 印 速 度 的 关 键 是字 车横 向移 动 速 度 。 此 。 因 在兼 顾 到成 本 以及 打 印
４ 上 位 机 寻 址 各 通 道 后 端 数 据 存 储转 发 ８ ５ ） ０ １单 片机 ， 出 发
ｐ ｔ ｆｒ ｒ ｉ ｈ ｃ ｓ ｅ ｏｒ ａ ｃ ｏ ｕｉｎ ｃ ｕ ｔｔ ｉｈ ａ ｃ ｒ ｃ ｕｓ ｄ ｈ ｃ ｔ ｈｎ ｐ ｌ ｏ ｍａｔ ｇ ｗｉ Ｌ ｃ ｃ ｕ ｏｗａ ｄ ａ ｈｇ ｏ ｔｐ ｄ ｒ ｎ ｅ ｓ ｌｔ ａ ｇｈ ｏ ｈｇ － ｃ ｕ ａ ｙ ｐ ｌ ｗｉｔ ａ ｃ ｉ ｎ ｏ ｅ ｇ， ｕ ｅ ｆ ｒ ｔ ｎ ｔ ＣＰ Ｄ．ｌ ｋ ｓ ｉ ｈ ｏ
情 况 下 ， 件设 计 不 需 要 做 其 他 处 理 ， 以 将需 要 测 量 的 量 直 接 硬 可
接 至 ＩＡ 和 ＩＢ端 口 即可 。 Ｃ Ｃ
由于系统采集行数较 多 ， 数据量很大 。 为缩小 上传时间 ， 采
用 了 ２ ．１４ Ｚ 的 晶振 ，串 口 波 特 率 设 置 为 １ ５ ０ 。 虽 然 ２１８ ＭＨ １２ｏ ４ ５串 １通 讯 出错 概 率小 ，但 如 果 通 道 编 号 和 实 际 命 令 这 些 数 ８ ３ ：
１ 针 式 打 印 机 的工 作 原 理
圈 １ 数 据 采 集 系统 结 构 框 圈
１启 动采集时 ， ） 上位机寻址 采集系统主控机 。 出准 备采集 发 指 令。 主控 机解 析后 ，发 出开始采 集指令 ，各通 道前 端采集
Ｌ Ｃ９ ２单 片 机 启 动 计 时 器 ，并 通 知后 端 的数 据 存 储 转 发 ８ ５ Ｐ ３ ０１
维普资讯
＜ 业 控 制 计算 机》 ０ ６年 １ 工 ２０ ９卷 第 ２期 Ｃ ＣＵ单 元 的 功 能 ： 某 一 输 入信 号 （ 单 片 机 某 引 脚 对 应 ） 对 与
４ １ ９ ｈ Ａ ｈ Ｂ ｈ ＣＣ 、 Ｄ 、 Ｅ 、Ｆ ９ 、 Ａ 、 Ｂ 、 ｈ Ｄ ｈ Ｅ ｈ Ｆ ｈ作 为 命 令标 识 头 ，其 后 为
Ａ ＣＫ 中 位 为 “ ， １ 的超 过 ４个 则 认 为 上 条 命 令 发 送 失 败 。 则 认 ＇ 否 为 命令 发 送 成 功 。采 用 了这 样 的 约 定 后 ， ５总线 网络 的通 讯 容 ８ ４
全 达 到 了 预期 目标 。 ４ 步 进脉 冲的 Ｃ Ｌ 合 成 ＰＤ 算 法 是根 据 打 印 机 四 相 电 机 的 步 进 脉 冲和 编 码 盘 反 映 的实
据发送 出错 了会导致通道出现错误 。 因此 ， 需要采用一定 的校验
方 法来 避 免 。
由于采集通道数较少 。本文采用 了高低 字节备份校验 的方 法： 对于采集通道 的编号 ， 高低字节一样 ， 对于实际 的命令 ， 高低 字节互补 。同样 ， 上位机对 接收到 的 Ａ ＣＫ也要进行 校验 ： 如果
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步进 电机性 能测 试系统的关键问题分析与解决
步进电机性能测试系统的关键问题分析与解决
Ｋ ｙ Ｃａ ｅ Ｓ ｕ ｙ ａ ｄ Ｓ ｌｉｇ ｏ ｈ ｕ ｃ ｉ ｎ Ｔ ｓ ｙ ｔ ｍ ｆｔ ｅ Ｓ ｅ ｔ ｒ ｅ ｓ ｔ ｄ ｎ ｏｖ ｎ ｆｔ ｅ Ｆ ｎ ｔ ｅ ｔ Ｓ ｓｅ ｏ ｈ ｔ ｐ Ｍｏ ｏ ｏ
之所以采用 Ｐ ９ Ｐ ９ ２芯 片 ，一方 面是因为它运行 速度 ８ＬＣ ３ 快 ， 于标 准 ８ Ｃ １ ６倍 ０ ５ 器件 。 以满足高实 时性 的采集需要 ， 可 由 于要 采集最窄 的脉 宽仅 有 ５ ｐ ，因此要求 中断 响应时间很短 ， ０， ｓ 实践证 明该器件可 以满 足这个 高实时性要求 ；另 一方 面采集 的
Ｐ ９ Ｐ ９ ２是 增 强 型 的 ８ Ｃ５ 芯 片 。运 行 速 度 ６倍 于 标 ８ＬＣ ３ ０ １
质 量 的 同 时 尽 量缩 短 电机 的励 磁 时 间 是 提 高 速 度 的 根 本 途 径 。
当今的针打厂商在开发 打印机 的时 候 ，都采用了配置表 的 方法 ：电机励磁时间以及励磁 电流大小 等重要的参数可配置地
根据特殊 功能 寄存 器的设 置， ８ Ｌ Ｃ９ ２芯片可以对输 入 Ｐ９Ｐ ３ 信号的上升沿事件和下降 沿事件进行捕 获 ，一旦特定的事件发 生， 就把当前计时器里的计时值 自动保存到一个寄存器里 ， 然后 清零计时器 ， 并触发 中断。对于开发编程而言 ， 只需 要初始化之 后启动捕获 中断 ， 中断程序里直接读取该 寄存器值 即可。 在 由 以上可 以看出 。８ Ｌ Ｃ９ ２芯 片的 Ｃ Ｐ９Ｐ ３ ＣＵ单元硬 件设 计 和软件编程都很简单 ，而且 实际脉宽采集精度和处理速度也完
进行监视 ， 当该信号产生跳变（ 上升沿或 下降沿 ）则将该 跳变产 。
对应通道的编号 ， 之后是实际 的命令。 ２ ）各通道接收到命令后 ， 出 Ａ 发 ＣＫ响应消息 。 如果命令校
验 通 过 ． 回 ０ ｈ 然 后按 设 置 的 命 令 工 作 ； 果 命 令 接 收 错 误 ， 返 ０． 如
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指令 。 主控机解析后 ， 发出停 止采集 指令 ， 各通道停止采集 ， 时 计
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程反复进行 ， 直到打印完 毕。 要求打 印机在满 足打印质量 的前 提下尽 量提高 打 印速度 。
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读取数据 区指令 。 相应通道上传本次采集到的数据。
３ 高 精 度 、 实 时 性脉 宽 采集 高
算法要求 以 ０２ ＿ ｓ的精度采集 步进脉 冲和编码盘脉 冲 ， 编 码盘脉 冲最窄脉宽仅有 ５ ｐ ０， Ｓ左右 ，本文选用 了 Ｐ ｉ ｓ公司的 ｈｌ ｉ ｐ Ｐ９Ｐ ３ ８ Ｌ Ｃ９ ２器件来捕获脉宽。
存 储 在 驱 动 电 路 的存 储 器 里 ，当需 要修 改 设 计 的 时 候 刷 新 该 表
准 ８ Ｃ５ ０ １器 件 ， 它采用 了高性能 的处理器结 构 ， 集成 了许 多系
统 级 功 能 ， 用 于 许 多要 求 高 集 成 度 、 成 本 的 场 合 。 Ｌ Ｃ ３ 适 低 Ｐ ９２ 具 有 Ｐ Ｐ 、２和 Ｐ ０、 １ Ｐ ３四 组 Ｉ 口 。３为 ２位 ，其 余 为 ８位 ， ／ Ｏ Ｐ 它 们 可 以 由用 户 定 义 输 入 输 出 类 型 。
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在“ 金税工程” 基础上形成的“ 十二 金工程” 使票据 打印发展 迅速 ， 成为国内针打市场 的主流 ， 市场对 打印机性 能的要 求越来
越 高 。 望 尽 量 在 满 足 打 印 质 量 的前 提 下 缩 短 时 间 。 印机 开 发 希 打
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冲宽度 ， 采用 ＣＰ Ｄ来合成 步进 脉冲 ， Ｌ 采用普通 的 ８ ５ ０ １单片机 来实现主机与采集系统 的交互 。该 系统 以低廉 的成本解决 了高 精度 、 高实时性脉 宽采 集 ， 驱动脉冲合成步进 脉 冲， 各采集 通道 的严格时钟同步 ， 多结点 ４ ５总线网络与上位机 的通讯 等问题 。 ８
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