步进电机的单脉冲控制、双脉冲控制、开环控制和闭环控制
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
转角：由脉冲数控制 转速：由脉冲频率控制
转向：由方向信号确定
步进电机的分类
可变磁阻式（VR型）:转子以软铁加工成齿状，
当定子线圈不加激磁电压时，保持转矩为零，故 其转子惯性小、响应性佳，但其容许负荷惯性并 不大。其步进角通常为15°。 永久磁铁式（PM型）：转子由永久磁铁构成， 其磁化方向为辐向磁化，无激磁时有保持转矩。 依转子材质区分，其步进角有45°、90°及 7.5°、11.25°、15°、18°等几种。 混合式（HB型）：转子由轴向磁化的磁铁制成， 磁极做成复极的形式，兼采可变磁阻式步进电机 及永久磁铁式步进电机的优点，精确度高、转矩 大、步进角度小。混合式步进电机随着相数（通 电绕组数）的增加，步进角减小，精度提高，这 种步进电机的应用最为广泛。
步进电机减速器
减速器是一种动力传达 机构，利用齿轮的速度 转换器，将电机的回转 数减速到所要的回转数， 并得到较大转矩的机构。 减速机具有减速及增加 转矩功能，用于低转速 大扭矩的传动设备。 原理：轴上的齿数少的 齿轮啮合输出轴上的大 齿轮来达到减速的目的。
手动脉冲发生器 （码盘）
不需要驱动器，直接接步进电机，多用于手动控制数控 机床的面板。
4．动作灵敏：步进电机因为加速性能优越，所以可做 到瞬时起动、停止、正反转之快速、频繁的定位动作。 5．开回路控制、不必依赖传感器定位：步进电机的控 制系统构成简单，不需要速度感应器及位置传感器就 能以输入的脉波做速度及位置的控制。也因其属开回 路控制，故最适合于短距离、高频度、高精度之定位 控制的场合下使用。 6．中低速时具备高转矩：步进电机在中低速时具有较 大的转矩，故能够较同级伺服电机提供更大的扭力输 出。 7．高信赖性：使用步进电机装置与使用离合器、减速 机及极限开关等其它装置相较，步进电机的故障及误 动作少，所以在检查及保养时也较简单容易。 8．小型、高功率：步进电机体积小、扭力大，尽管于 狭窄的空间内，仍可顺利做安装，并提供高转矩输出。
电大《机电接口技术》一体化题(2013年12月新)资料
一、判断题第一章1.高频电路应就近多点接地，低频电路应一点接地。
（√）2.交流地与信号地不能共用。
（√）3.浮地主要用于对电场的屏蔽。
（×）4.数字地是指传感器的地。
（×）5.高电平线和低电平线不要走同一条电缆。
（√）6.屏蔽地是为了防止静电感应和磁场感应而设的地线。
（√）7.集成稳压器的工作参数反映了其能够正常工作的范围和正常工作所必须的条件（√）。
8.集成稳压器的输出电压为12V。
（×）9.工业生产中干扰的来源主要有：空间干扰、过程通道干扰、供电系统干扰。
（√）10.交流地与信号地不能共用。
（√）11.集成稳压器的工作参数反映了其能够正常工作的范围和正常工作所必需的条件。
（√）12.为了防止电网电压等对测量回路的损坏，为了防止电磁等干扰造成的系统不正常运行，需要隔绝电气方面的联系，即只需要强电隔离。
（×）13、集成稳压器性能表征有极限参数、工作参数、质量参数等。
（√）14、常用的集成稳压器有7800、7900、317、337系列。
（√）15、当需要提高集成稳压器输出时，可采用稳压管或电阻升压的方法。
（√）16、DC/DC也是一种常用的直流电源，（√）17、三端式带隙基准源AD580，它能提供2.5V的基准电压。
（√）18、AD580是12位D/A转换器AD7542的精密基准源。
（√）19、工业生产中的干扰一般以脉冲的形式进入控制系统。
（√）20、屏蔽地，也叫机壳地，是为防止静电感应和磁场感应而设的地线。
（√）21、模拟地作为A/D转换前置放大器或比较器的零电位。
（√）22、直流地是直流电源的地线。
（√）23、极限参数是反映集成稳压器所能承受的最大的安全工作的条件。
（√）24、工作参数反映了集成稳压器能够正常工作的范围和正常工作所必需的条件。
（√）25、质量参数是反映器件基本特性的参数，它为使用者提供了选择的依据。
（√）第二章1.输入级又称前置级，它是一个高性能的差动放大器。
伺服电机与步进电机控制的区别详解
伺服电机与步进电机控制的区别详解1，步进电机原理步进电机作为控制用的特种电机，是将电脉冲转化为角位移的执行机构。
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步进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，改变绕组的通电顺序，电机就会反转。
驱动器原理步进电机需要使用专用的步进电机驱动器驱动，驱动器由脉冲发生控制单元、功率驱动单元、保护单元等组成。
功率驱动单元将脉冲发生控制单元生成的脉冲放大，与步进电机直接耦合，属于步进电机与微控制器的功率接口。
控制指令单元，接收脉冲与方向信号，对应的脉冲发生控制单元对应生成一组相应相数的脉冲，经过功率驱动单元后送到步进电机，步进电机在对应方向上转过一个步距角。
驱动器的脉冲给定方式决定了步进电机运行方式，如下：（1）m相单m拍运行（2）m相双m拍运行（3）m相单、双m拍运行（4）细分驱动，需要驱动器给出不同幅值的驱动信号步进电机有一些重要的技术数据，如最大静转矩、起动频率、运行频率等。
一般来说步距角越小，电机最大静转矩越大，则起动频率和运行频率越高，所以运行方式中强调了细分驱动技术，该方式提高了步进电机的转动力矩和分辨率，完全消除了电机的低频振荡。
所以细分驱动器驱动性能优与其他类型驱动器。
伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的进行比较，调整转子转动的角度。
2，伺服电机伺服电机原理伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。
分为直流和交流伺服电动机两大类。
伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了闭环，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位。
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'
步进电机有几种工作方式
步进电机有几种工作方式在现代工业和自动化领域中，步进电机是一种常用的电动机之一。
步进电机具有结构简单、运行稳定、定位准确等优点，被广泛应用于各种设备和系统中。
根据不同的控制方式和工作原理，步进电机可以分为几种不同的工作方式。
1. 开环控制方式开环控制方式是步进电机最基本的工作方式之一。
在开环控制下，系统仅根据输入的脉冲信号来驱动步进电机，而没有反馈信号用于监测电机的实际运动情况。
这意味着系统无法实时调整电机的运行状态，容易出现失步或者误差累积的问题。
开环控制方式适用于一些对定位精度要求不高的场合，成本较低。
2. 半闭环控制方式半闭环控制方式在开环控制的基础上增加了位置传感器或编码器等反馈装置，用于监测步进电机的实际位置信息。
根据反馈信号，系统可以进行部分的位置校正，提高了系统的稳定性和定位精度。
半闭环控制方式适用于一些对定位精度要求较高的场合，但相比全闭环控制，其成本和复杂度较低。
3. 全闭环控制方式全闭环控制方式是步进电机的高级控制方式之一。
在全闭环控制下，系统不仅通过位置传感器获取电机的实际位置信息，还将这些信息反馈给控制器进行实时校正。
这样可以确保步进电机在高速运动或负载变化时仍能保持准确的位置控制，提高了系统的响应速度和稳定性。
全闭环控制方式适用于对精准定位和高速响应要求较高的场合，但相应地增加了系统的成本和调试难度。
4. 微步进控制方式除了以上三种基本的控制方式外，还有一种常见的控制方式是微步进控制。
微步进控制通过改变步进电机的相间电流波形，将每一步的细分成更小的微步，从而使电机的1转动更加平滑和精确。
相较于传统的全步进控制方式，微步进控制可以提高电机的分辨率和平稳性，但也会增加电机的功耗和控制复杂度。
不同的工作方式适用于不同的应用场合，用户可以根据自身需求和预算选择合适的步进电机控制方式。
在实际应用中，需综合考虑定位精度、速度要求、成本限制等因素，选择最适合的控制方式，以达到最佳的工作效果。
混合式步进伺服驱动器用户手册说明书
2HSS57-N-XX混合式步进伺服驱动器用户手册地址：深圳市宝安区留仙三路鸿威工业区A栋2楼电话：*************26502268传真：*************E-mail:*******************本手册的所有内容，著作财产权归深圳市杰美康机电有限公司所有，未经深圳市杰美康机电有限公司许可，任何单位或个人不得随意仿制、拷贝、撰抄。
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深圳市杰美康机电有限公司版本编写核准V2.10研发部研发部-2-目录目录 (3)一、概述 (4)二、特点 (4)三、端口说明 (5)3.1报警信号输出端口 (5)3.2刹车、到位信号输出端口 (5)3.3控制信号输入端口 (6)3.4编码器反馈信号输入端口 (7)3.5功率端口 (8)四、技术指标 (9)五、控制信号接线 (10)5.1控制信号单端共阳极接线 (10)5.2控制信号单端共阴极接线 (11)5.3控制信号差分接线方式 (12)5.4232串口通信接线图 (13)5.5控制信号时序图 (13)六、功能拨码和细分拨码开关设定 (15)6.1SW1单双脉冲选择 (15)6.2SW2逻辑方向设定 (15)6.3SW3-SW6细分设置 (15)6.4SW7指令平滑设置 (16)6.5SW8开/闭环模式选择 (16)七、错误报警及LED灯闪烁次数 (17)八、安装尺寸 (18)九、接线图 (19)十、参数设置 (20)十一、常见问题及故障处理 (26)-3-一、概述2HSS57-N-XX混合式步进伺服驱动系统是在数字步进驱动中完美融合了伺服控制技术，产品采用光学编码器,每50微秒高速采样位置反馈，一旦出现位置上的偏差可立即修正位置偏差量。
步进电机结构
步进电机的控制方式
01
控制方式是指如何控制步进电机的转 动角度和速度。
02
常见的控制方式包括：脉冲控制、方 向控制和速度控制。脉冲控制是指通 过输入不同数量和频率的脉冲信号来 控制电机的转动角度和速度；方向控 制是指通过改变输入脉冲的顺序来控 制电机的转动方向；速度控制则是指 通过改变输入脉冲的频率来控制电机 的转速。
步进电机的步进模式
步进模式是指步进电机在接收到一个脉冲信号时转动的角度或转过的步 数。
步进电机通常有三种步进模式：单拍制、双拍制和混合拍制。单拍制是 指每次只激发一个磁极，双拍制是指每次同时激发两个磁极，而混合拍
制则介于两者之间。
不同的步进模式适用于不同的应用场景，如单拍制适用于高精度定位， 双拍制适用于快速转动，混合拍制则适用于对速度和精度都有要求的场 合。
电机在动态条件下的效率表现，反映了电机 的能量转换效率。
共振频率
电机自身的固有频率，决定了电机对高频激 励的响应特性。
矩频特性
矩频曲线
描述电机输出转矩与转速之间 关系的曲线，反映了电机的输
出特性。
最高转速
电机在一定转矩下的最大转速 ，决定了电机的最高工作速度 。
转速范围
电机能够稳定工作的转速范围 ，反映了电机的适用范围。
步进电机的控制需要配合驱动器使用，相 对于其他电机来说控制复杂度较高。
06
步进电机的发展趋势和未 来展望
技术发展趋势
01
高精度控制
随着工业自动化和智能制造的快速发展，对步进电机的控制精度要求越
来越高。未来，步进电机将采用更先进的控制算法和驱动技术，实现更
精确的位置和速度控制。
02
高效能化
提高步进电机的效率和性能是未来的重要发展方向。通过改进电机材料、
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步进电机的单脉冲控制、双脉冲控制、开环控制和闭环控制
步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。
虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机，交流电机在常规下使用。
它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。
因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。
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。
步进电机的单脉冲控制与双脉冲控制步进电机的控制有单电压和高低电压控制之分；
单电压控制用一串脉冲信号控制一个电子开关的通、断来控制电机驱动绕组得电、失电；高低电压控制在单电压控制的基础上，用另一串脉冲控制一个电子开关的通、半导通，两个开关串联，两个控制脉冲同频率但不同相位和宽度。
达到给绕组的供电电压全、一半、迅速关断的目的。
步进电机的开环控制和闭环控制步进电机的开环控制
1、步进电机开环伺服系统的一般构成
步进电动机的电枢通断电次数和各相通电顺序决定了输出角位移和运动方向，控制脉冲分配频率可实现步进电动机的速度控制。
因此，步进电机控制系统一般采用开环控制方式。
图为开环步进电动机控制系统框图，系统主要由控制器、功率放大器、步进电动机等组成。
2、步进电机的控制器
1、步进电机的硬件控制
步进电动机在个脉冲的作用下，转过一个相应的步距角，因而只要控制一定的脉冲数，即。