什么是步(bu)进电(dian)机(ji)(ji)-步(bu)进电(dian)机(ji)(ji)工作(zuo)原理是什么及驱动方法(fa)-KIA MOS管
信息来源：本(ben)站 日期：2017-12-29
步进电(dian)(dian)(dian)机又(you)称脉冲电(dian)(dian)(dian)机，它(ta)是一种感应电(dian)(dian)(dian)机，涉及到机械、电(dian)(dian)(dian)机、电(dian)(dian)(dian)子(zi)及计算(suan)机等(deng)许多专(zhuan)业知识。步进电(dian)(dian)(dian)机作为执(zhi)行(xing)元件，是机电(dian)(dian)(dian)一体(ti)化(hua)的(de)(de)关(guan)键(jian)产(chan)品之一，广泛(fan)应用在(zai)各(ge)种自动化(hua)控制系统中。随着微电(dian)(dian)(dian)子(zi)和计算(suan)机技(ji)术的(de)(de)发(fa)展，步进电(dian)(dian)(dian)机的(de)(de)需(xu)求量与日(ri)俱增，在(zai)各(ge)个国民经济领域(yu)都有(you)应用。
步进电机(ji)是一(yi)种将电脉(mai)冲(chong)转化(hua)为(wei)(wei)角位移(yi)(yi)的执行机(ji)构。其将电脉(mai)冲(chong)信号转变为(wei)(wei)角位移(yi)(yi)或线位移(yi)(yi)，是现代数(shu)字(zi)程序(xu)控制系(xi)统中的主要执行元件，应用极(ji)为(wei)(wei)广泛。
步(bu)(bu)(bu)(bu)进(jin)(jin)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)系统由步(bu)(bu)(bu)(bu)进(jin)(jin)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)器、步(bu)(bu)(bu)(bu)进(jin)(jin)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)驱(qu)动器、步(bu)(bu)(bu)(bu)进(jin)(jin)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)三部分组成(cheng)，步(bu)(bu)(bu)(bu)进(jin)(jin)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)器是(shi)指挥中心，它发出信(xin)(xin)(xin)号脉(mai)(mai)(mai)冲(chong)给步(bu)(bu)(bu)(bu)进(jin)(jin)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)驱(qu)动器，而步(bu)(bu)(bu)(bu)进(jin)(jin)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)驱(qu)动器把接(jie)收到(dao)信(xin)(xin)(xin)号脉(mai)(mai)(mai)冲(chong)脉(mai)(mai)(mai)冲(chong)转(zhuan)(zhuan)化为电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)脉(mai)(mai)(mai)冲(chong),驱(qu)动步(bu)(bu)(bu)(bu)进(jin)(jin)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)转(zhuan)(zhuan)动，控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)器每(mei)发出一(yi)(yi)个(ge)信(xin)(xin)(xin)号脉(mai)(mai)(mai)冲(chong)，步(bu)(bu)(bu)(bu)进(jin)(jin)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)就旋转(zhuan)(zhuan)一(yi)(yi)个(ge)角(jiao)度(du),它的旋转(zhuan)(zhuan)是(shi)以(yi)固定(ding)(ding)的角(jiao)度(du)一(yi)(yi)步(bu)(bu)(bu)(bu)一(yi)(yi)步(bu)(bu)(bu)(bu)运(yun)行的。控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)器可以(yi)通过控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)脉(mai)(mai)(mai)冲(chong)数(shu)量来控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)步(bu)(bu)(bu)(bu)进(jin)(jin)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)的旋转(zhuan)(zhuan)角(jiao)度(du)，从而准确(que)(que)定(ding)(ding)位。通过控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)脉(mai)(mai)(mai)冲(chong)频率精确(que)(que)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)步(bu)(bu)(bu)(bu)进(jin)(jin)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)的旋转(zhuan)(zhuan)速(su)度(du)。
通常(chang)电(dian)机(ji)的转(zhuan)(zhuan)子(zi)为(wei)永(yong)磁体，当电(dian)流(liu)流(liu)过定(ding)子(zi)绕(rao)组(zu)时，定(ding)子(zi)绕(rao)组(zu)产(chan)生一(yi)矢量(liang)磁场(chang)(chang)。该(gai)磁场(chang)(chang)会带动转(zhuan)(zhuan)子(zi)旋转(zhuan)(zhuan)一(yi)角度，使得转(zhuan)(zhuan)子(zi)的一(yi)对(dui)磁场(chang)(chang)方(fang)向(xiang)与定(ding)子(zi)的磁场(chang)(chang)方(fang)向(xiang)一(yi)致。当定(ding)子(zi)的矢量(liang)磁场(chang)(chang)旋转(zhuan)(zhuan)一(yi)个(ge)角度。转(zhuan)(zhuan)子(zi)也随(sui)着该(gai)磁场(chang)(chang)转(zhuan)(zhuan)一(yi)个(ge)角度。
每输(shu)入(ru)一(yi)个电(dian)(dian)脉(mai)冲(chong)，电(dian)(dian)动(dong)机转动(dong)一(yi)个角度前进(jin)(jin)一(yi)步。它输(shu)出(chu)的角位移(yi)与输(shu)入(ru)的脉(mai)冲(chong)数成(cheng)正(zheng)比、转速与脉(mai)冲(chong)频率成(cheng)正(zheng)比。改变(bian)绕组通(tong)电(dian)(dian)的顺序，电(dian)(dian)机就会反转。所以可用控制脉(mai)冲(chong)数量(liang)、频率及(ji)电(dian)(dian)动(dong)机各相绕组的通(tong)电(dian)(dian)顺序来控制步进(jin)(jin)电(dian)(dian)机的转动(dong)。
我们一般用的步进电(dian)机是这样的：
结构图一般是这样的：
那么这个(ge)AC，BD代表(biao)什(shen)么呢？步进(jin)电(dian)机又为什(shen)么具(ju)有以上的(de)那些特(te)点呢？这就要从(cong)步进(jin)电(dian)机的(de)特(te)殊结(jie)构说(shuo)起(qi)。先上一个(ge)步进(jin)电(dian)机内部的(de)结(jie)构示意图：
先从这(zhei)个简(jian)单的(de)(de)图(tu)分析原(yuan)理，图(tu)中有(you)两组绕组A A-，B B-，可以(yi)看出他(ta)们分别形成(cheng)的(de)(de)磁场是相(xiang)反的(de)(de)，位置也(ye)是相(xiang)对(dui)的(de)(de)。这(zhei)2组绕组对(dui)应真(zhen)实图(tu)中的(de)(de)AC和BD。
定子(zi)为(wei)铁芯(xin)，A A-，B B-绕(rao)在铁芯(xin)上，通电(dian)之(zhi)后(hou)产生磁场变成电(dian)磁铁，转子(zi)为(wei)永磁体(ti)，磁场将对转自产生吸引或(huo)者排斥(chi)。
左(zuo)上图A A-吸引转(zhuan)子，使得转(zhuan)子竖直（此时只有A A-通电(dian)(dian)）当B B-也通电(dian)(dian)后，B B-也产生(sheng)磁场，此时转(zhuan)自将像A B中(zhong)间区(qu)域偏(pian)转(zhuan)，具(ju)体偏(pian)转(zhuan)角度跟(gen)A B上电(dian)(dian)流(liu)大小比例有关。
左下图此时A A-断电，B B-继(ji)续通电，则转子(zi)被吸(xi)引到水平位置。
右(you)下(xia)图此时(shi)(shi)A A-反向通电(dian)(dian)，B B-继续通电(dian)(dian)，则转自顺时(shi)(shi)针旋转，重复以(yi)上过程，则转子可以(yi)进(jin)行旋转运动，并控(kong)制通电(dian)(dian)的时(shi)(shi)机(ji)以(yi)及顺序(xu)，便可以(yi)达到(dao)控(kong)制步进(jin)电(dian)(dian)机(ji)旋转角(jiao)度(du)。
定子铁心：定子(zi)铁心(xin)为凸极结构，由硅(gui)钢(gang)片迭压而成(cheng)。在面(mian)向气(qi)隙(xi)的定子(zi)铁心(xin)表面(mian)有齿距相(xiang)等(deng)的小齿。
定子绕组：定子每极(ji)上套有一(yi)个集中绕组，相(xiang)对(dui)两极(ji)的(de)绕组串联构成一(yi)相(xiang)。步进电动(dong)机可以做成二相(xiang)、三(san)相(xiang)、四相(xiang)、五相(xiang)、六相(xiang)、八相(xiang)等。
转子：转子(zi)(zi)上(shang)只有齿槽没有绕组，系统工作要求(qiu)不同，转子(zi)(zi)齿数也不同。定转子(zi)(zi)齿形相同。
当步(bu)进电机(ji)切换一(yi)次定子(zi)绕(rao)组的(de)激(ji)磁(ci)电流时，转(zhuan)子(zi)就旋转(zhuan)一(yi)个固(gu)定角度即步(bu)距角。步(bu)距角一(yi)般由切换的(de)相(xiang)(xiang)(xiang)电流产生的(de)旋转(zhuan)力矩得到，所(suo)以需要每相(xiang)(xiang)(xiang)极(ji)数(shu)是偶数(shu)。步(bu)进电机(ji)通常都为两(liang)相(xiang)(xiang)(xiang)以上的(de)，当然也有(you)一(yi)些(xie)特殊的(de)只(zhi)有(you)一(yi)个线圈(quan)(quan)的(de)单(dan)相(xiang)(xiang)(xiang)步(bu)进电机(ji)。虽说单(dan)相(xiang)(xiang)(xiang)，实为一(yi)个线圈(quan)(quan)产生的(de)磁(ci)通方向交互反转(zhuan)而驱动转(zhuan)子(zi)转(zhuan)动。实用的(de)步(bu)进电机(ji)的(de)相(xiang)(xiang)(xiang)数(shu)有(you)单(dan)相(xiang)(xiang)(xiang)、两(liang)相(xiang)(xiang)(xiang)、三相(xiang)(xiang)(xiang)、四相(xiang)(xiang)(xiang)、五相(xiang)(xiang)(xiang)。
现在使用(yong)的步(bu)进(jin)电机大部(bu)分用(yong)永(yong)(yong)磁转子(zi)。普(pu)遍使用(yong)永(yong)(yong)久磁铁(tie)的原因(yin)是效(xiao)率高，分辨率高等优点。以下以介绍(shao)永(yong)(yong)磁转子(zi)为主。
步进电(dian)机分(fen)辨率(lv)（一(yi)圈的(de)步数(shu)，360°除以步距角）越高，位置(zhi)精度越高。为(wei)了得到(dao)高分(fen)辨率(lv)，设计的(de)极(ji)(ji)数(shu)要多。PM型转子为(wei)N与S极(ji)(ji)在转子的(de)铁(tie)(tie)心外表面上交(jiao)互等节(jie)距放置(zhi)，转子极(ji)(ji)数(shu)为(wei)N极(ji)(ji)与S极(ji)(ji)数(shu)之和，为(wei)简化(hua)讲(jiang)解(jie)，假(jia)设极(ji)(ji)对数(shu)为(wei)1。此(ci)处确定转子为(wei)永久磁铁(tie)(tie)的(de)步进电(dian)机的(de)步距角θs由下式表示(shi)，其中Nr为(wei)转子极(ji)(ji)对数(shu)，P为(wei)定子相数(shu)，θs=180°/PNr上式的(de)物理含义如下：
转(zhuan)(zhuan)子(zi)旋转(zhuan)(zhuan)一周的(de)机械角(jiao)度为360。,如(ru)用极数2Nr去(qu)除，相当(dang)于一个极所占的(de)机械角(jiao)度即180°/Nr。这就是说，一个极的(de)机械角(jiao)度用定子(zi)相数去(qu)分割就得到步距角(jiao)，此概念如(ru)下图所示。
由式(shi)θs=180°/PNr可(ke)知，步距角越小，分辨(bian)(bian)率(lv)越高，因此要(yao)(yao)提高步进电(dian)机的分辨(bian)(bian)率(lv)，就要(yao)(yao)增加转子极对数或采(cai)用(yong)定子相数P较多的多相式(shi)方法。而Nr的增加受(shou)到机械加工的限制(zhi)，所以要(yao)(yao)制(zhi)造高分辨(bian)(bian)率(lv)的步进电(dian)机需(xu)要(yao)(yao)两种方法并用(yong)才行。 公式(shi)如下：
步(bu)进(jin)(jin)电(dian)机(ji)需要使用专用的步(bu)进(jin)(jin)电(dian)机(ji)驱(qu)动(dong)器驱(qu)动(dong)，驱(qu)动(dong)器由脉冲(chong)发生控制单元(yuan)、功率(lv)驱(qu)动(dong)单元(yuan)、保护单元(yuan)等组(zu)成(cheng)。功率(lv)驱(qu)动(dong)单元(yuan)将脉冲(chong)发生控制单元(yuan)生成(cheng)的脉冲(chong)放(fang)大(da)，与(yu)(yu)步(bu)进(jin)(jin)电(dian)机(ji)直接(jie)耦(ou)合，属(shu)于步(bu)进(jin)(jin)电(dian)机(ji)与(yu)(yu)微控制器的功率(lv)接(jie)口。
控(kong)制指令单(dan)元(yuan)(yuan)，接收(shou)脉(mai)冲(chong)与方向信号(hao)，对(dui)应的(de)脉(mai)冲(chong)发(fa)生控(kong)制单(dan)元(yuan)(yuan)对(dui)应生成(cheng)一(yi)组相应相数的(de)脉(mai)冲(chong)，经(jing)过(guo)功率驱(qu)动(dong)单(dan)元(yuan)(yuan)后送到步进电机，步进电机在对(dui)应方向上转过(guo)一(yi)个步距角。 驱(qu)动(dong)器的(de)脉(mai)冲(chong)给定(ding)方式(shi)决定(ding)了步进电机运行方式(shi)，如下：
（1）m相单(dan)m拍运(yun)行(xing)
（2）m相(xiang)双m拍运(yun)行
（3）m相单、双m拍运行
（4）细分(fen)驱动(dong)，需要驱动(dong)器给出不同幅值(zhi)的(de)驱动(dong)信(xin)号(hao)
步进电机有一些重(zhong)要的(de)技术数(shu)据，如最(zui)大静转(zhuan)(zhuan)矩(ju)、起动(dong)(dong)(dong)(dong)频率(lv)(lv)、运行(xing)频率(lv)(lv)等。一般(ban)来说步距角越小，电机最(zui)大静转(zhuan)(zhuan)矩(ju)越大，则(ze)起动(dong)(dong)(dong)(dong)频率(lv)(lv)和运行(xing)频率(lv)(lv)越高(gao)，所(suo)以(yi)运行(xing)方(fang)式中强调了(le)细(xi)分驱(qu)动(dong)(dong)(dong)(dong)技术，该方(fang)式提高(gao)了(le)步进电机的(de)转(zhuan)(zhuan)动(dong)(dong)(dong)(dong)力矩(ju)和分辨率(lv)(lv)，完全消(xiao)除(chu)了(le)电机的(de)低(di)频振荡。所(suo)以(yi)细(xi)分驱(qu)动(dong)(dong)(dong)(dong)器(qi)(qi)驱(qu)动(dong)(dong)(dong)(dong)性能优与(yu)其他类型驱(qu)动(dong)(dong)(dong)(dong)器(qi)(qi)。
目前常用的有三种步进电机：
(1)反应式步进电机(VR)。反应式步进电机结构简(jian)单(dan)，生产(chan)成本低，步距角小；但(dan)动态性能差。
(2)永磁式步进电机(PM)。永磁式步(bu)进电机出力大，动(dong)态性能(neng)好；但步(bu)距角大。
(3)混合式步进电机(HB)。混合式(shi)步进(jin)电(dian)机综合了(le)反(fan)应式(shi)、永(yong)磁式(shi)步进(jin)电(dian)动机两者的优(you)点(dian)，它的步距角小，出力大，动态性能好，是(shi)目前性能最高(gao)的步进(jin)电(dian)动机。它有时也称作永(yong)磁感应子式(shi)步进(jin)电(dian)动机。
反应式步(bu)进电(dian)机（VR），是一种传统的步(bu)进电(dian)机，由磁性转(zhuan)子铁芯通过与由定子产生(sheng)的脉(mai)冲电(dian)磁场相互作用而(er)产生(sheng)转(zhuan)动。
反应(ying)式(shi)步进电(dian)机(ji)工(gong)作原理比较简单，转(zhuan)(zhuan)子(zi)上均匀分布(bu)着很多小齿，定子(zi)齿有三个励磁绕阻，其几何(he)轴线(xian)依(yi)次分别与(yu)转(zhuan)(zhuan)子(zi)齿轴线(xian)错(cuo)开。电(dian)机(ji)的位置(zhi)和(he)速度由(you)导(dao)电(dian)次数(shu)(shu)（脉(mai)冲数(shu)(shu)）和(he)频率成一(yi)一(yi)对(dui)应(ying)关系。而方向由(you)导(dao)电(dian)顺序决(jue)定。
永磁式步进电机（PM），是由(you)磁性转子(zi)铁芯(xin)通过与由(you)定子(zi)产生(sheng)(sheng)的脉冲(chong)电磁场相互(hu)作用(yong)而产生(sheng)(sheng)转动(dong)的一种设(she)备(bei)。
永(yong)(yong)磁式步进电机(ji)一(yi)般为(wei)两(liang)相，转矩(ju)和(he)体积(ji)较小，步进角一(yi)般为(wei)7.5度(du)或(huo)15度(du)，对7.5度(du)步矩(ju)而言，典(dian)型的极数为(wei)24。电机(ji)里有转子(zi)和(he)定子(zi)两(liang)部分：可以(yi)是定子(zi)是线(xian)圈，转子(zi)是永(yong)(yong)磁铁(tie)；也可以(yi)是定子(zi)是永(yong)(yong)磁铁(tie)，转子(zi)是线(xian)圈。
在这种电机(ji)里(li)(li)，定子(zi)(zi)(zi)齿(chi)或爪极由在定子(zi)(zi)(zi)线圈里(li)(li)流过的(de)(de)电流产生(sheng)不同极性的(de)(de)磁(ci)(ci)场。若两(liang)个定子(zi)(zi)(zi)段(duan)(duan)(duan)里(li)(li)的(de)(de)转子(zi)(zi)(zi)磁(ci)(ci)化状态是对齐的(de)(de)，则两(liang)段(duan)(duan)(duan)里(li)(li)的(de)(de)定子(zi)(zi)(zi)齿(chi)将错(cuo)开(kai)l／4齿(chi)距。观看A段(duan)(duan)(duan)里(li)(li)转子(zi)(zi)(zi)磁(ci)(ci)极和定子(zi)(zi)(zi)齿(chi)的(de)(de)位(wei)置关系。因(yin)为B段(duan)(duan)(duan)里(li)(li)的(de)(de)定子(zi)(zi)(zi)齿(chi)相对A段(duan)(duan)(duan)里(li)(li)的(de)(de)齿(chi)错(cuo)开(kai)l／4齿(chi)距，故(gu)转子(zi)(zi)(zi)将在同一(yi)方向(xiang)进一(yi)步受到驱动。
比如当(dang)电机的转(zhuan)子为(wei)永(yong)磁(ci)(ci)(ci)体，电流流过定子绕组时，定子绕组会(hui)产生一(yi)矢量磁(ci)(ci)(ci)场(chang)。磁(ci)(ci)(ci)场(chang)就会(hui)带(dai)动转(zhuan)子旋转(zhuan)一(yi)个角(jiao)度，使得转(zhuan)子的一(yi)对(dui)磁(ci)(ci)(ci)场(chang)方向与定子的磁(ci)(ci)(ci)场(chang)方向一(yi)致。当(dang)定子的矢量磁(ci)(ci)(ci)场(chang)旋转(zhuan)一(yi)个角(jiao)度。
转(zhuan)(zhuan)子也随着该磁场转(zhuan)(zhuan)一个(ge)(ge)角度。每输入(ru)一个(ge)(ge)电脉(mai)冲，电动(dong)机转(zhuan)(zhuan)动(dong)一个(ge)(ge)角度前进一步(bu)。它(ta)输出的角位移与(yu)输入(ru)的脉(mai)冲数(shu)成(cheng)正比、转(zhuan)(zhuan)速与(yu)脉(mai)冲频率成(cheng)正比。若改变绕(rao)组通电的顺序，电机就会反(fan)转(zhuan)(zhuan)。因此可用控制脉(mai)冲数(shu)量(liang)、频率及电动(dong)机各(ge)相绕(rao)组的通电顺序来控制步(bu)进电机的转(zhuan)(zhuan)动(dong)。
当(dang)电流(liu)流(liu)过定(ding)(ding)子(zi)(zi)绕(rao)组(zu)时，定(ding)(ding)子(zi)(zi)绕(rao)组(zu)产生一(yi)(yi)矢量(liang)磁场(chang)(chang)。该磁场(chang)(chang)会带动(dong)转(zhuan)子(zi)(zi)旋转(zhuan)一(yi)(yi)角度(du)(du)，使得转(zhuan)子(zi)(zi)的(de)(de)一(yi)(yi)对(dui)磁场(chang)(chang)方向与定(ding)(ding)子(zi)(zi)的(de)(de)磁场(chang)(chang)方向一(yi)(yi)致。当(dang)定(ding)(ding)子(zi)(zi)的(de)(de)矢量(liang)磁场(chang)(chang)旋转(zhuan)一(yi)(yi)个角度(du)(du)。转(zhuan)子(zi)(zi)也随着该磁场(chang)(chang)转(zhuan)一(yi)(yi)个角度(du)(du)。每输入(ru)一(yi)(yi)个电脉(mai)(mai)冲(chong)，电动(dong)机(ji)转(zhuan)动(dong)一(yi)(yi)个角度(du)(du)前进(jin)一(yi)(yi)步。它输出(chu)的(de)(de)角位移(yi)与输入(ru)的(de)(de)脉(mai)(mai)冲(chong)数(shu)成正(zheng)比、转(zhuan)速与脉(mai)(mai)冲(chong)频(pin)率成正(zheng)比。改变绕(rao)组(zu)通电的(de)(de)顺(shun)序，电机(ji)就会反转(zhuan)。所(suo)以可(ke)用控制脉(mai)(mai)冲(chong)数(shu)量(liang)、频(pin)率及电动(dong)机(ji)各相绕(rao)组(zu)的(de)(de)通电顺(shun)序来(lai)控制步进(jin)电机(ji)的(de)(de)转(zhuan)动(dong)。
混(hun)合式步(bu)进(jin)是指混(hun)合了(le)永(yong)磁式和(he)反应(ying)式的优点(dian)。它又(you)分为(wei)两相(xiang)(xiang)、三相(xiang)(xiang)和(he)五相(xiang)(xiang)：两相(xiang)(xiang)步(bu)进(jin)角(jiao)一般为(wei)1.8度而五相(xiang)(xiang)步(bu)进(jin)角(jiao)一般为(wei) 0.72度，混(hun)合式步(bu)进(jin)电机随着相(xiang)(xiang)数(shu)（通电绕组数(shu)）的增(zeng)加，步(bu)进(jin)角(jiao)减小(xiao)，精度提高，这种(zhong)步(bu)进(jin)电机的应(ying)用(yong)最为(wei)广(guang)泛。
性能：
a. 控制精度：步进(jin)电机的相数(shu)和拍(pai)数(shu)越多(duo)，它的精确度就越高。
b. 低频特性：步进电机在(zai)低速时易出(chu)现低频(pin)(pin)振(zhen)动现象，当它工作在(zai)低速时一般采用阻尼技术或细分(fen)技术来(lai)克服(fu)低频(pin)(pin)振(zhen)动现象。
c. 矩频特性：步进电(dian)机(ji)输出力矩(ju)随转(zhuan)速(su)的(de)升(sheng)高而下降(jiang)，高速(su)时会急剧下降(jiang)。
d. 过载能力：步进电机不具备过载能(neng)力。
e. 运行性能：步进电机的控(kong)制为开(kai)环控(kong)制，启动频(pin)率过(guo)高或负载过(guo)大易丢步或堵转的现象(xiang)，停(ting)止时转速过(guo)高易出现过(guo)冲现象(xiang)。
f. 速度响应性能：步进电机(ji)从静止加速到工(gong)作(zuo)转速需(xu)要(yao)上百毫秒。
上面介绍那(nei)么多关于(yu)步进电(dian)(dian)机的知识，大家是不(bu)是感觉跟我们前几期介绍过(guo)的伺服(fu)电(dian)(dian)机功能(neng)上是否很(hen)相似呢，这里小编为您答(da)疑解(jie)惑。
步进电(dian)机是一种(zhong)离散运动的(de)装置，它和现代数(shu)字(zi)控制(zhi)技术有着(zhe)(zhe)本质的(de)联系(xi)(xi)。在目前国内的(de)数(shu)字(zi)控制(zhi)系(xi)(xi)统(tong)(tong)中(zhong)，步进电(dian)机的(de)应用十分广(guang)泛。随着(zhe)(zhe)全数(shu)字(zi)式交流伺服系(xi)(xi)统(tong)(tong)的(de)出现，交流伺服电(dian)机也越来越多(duo)地应用于数(shu)字(zi)控制(zhi)系(xi)(xi)统(tong)(tong)中(zhong)。
为了适应(ying)数字控制(zhi)的发展趋势，运动(dong)控制(zhi)系统中大多采(cai)用(yong)步进电(dian)机(ji)或全数字式交(jiao)流伺服(fu)电(dian)机(ji)作为执行电(dian)动(dong)机(ji)。虽然两者在位(wei)置控制(zhi)方式上十分相似（脉冲(chong)串和方向信(xin)号(hao)），但(dan)在使用(yong)性(xing)能和应(ying)用(yong)场合上存在着较大的差异。
步进电机控制齿轮(lun)泵(beng)也可(ke)以实现精确计量。齿轮(lun)泵(beng)在输(shu)(shu)送粘稠体方(fang)面得到(dao)了广(guang)泛的(de)应用，例如糖浆(jiang)、豆(dou)沙、白酒、油(you)料、番茄酱等的(de)输(shu)(shu)送。
齿(chi)轮泵计(ji)量是靠一对(dui)齿(chi)轮啮合转动(dong)计(ji)量的，物(wu)料(liao)通(tong)过齿(chi)与齿(chi)的空间(jian)被强制从进(jin)料(liao)口(kou)送到(dao)出料(liao)口(kou)。动(dong)力来(lai)自步进(jin)电机，步进(jin)电机转动(dong)的位置(zhi)及速度(du)由可编程(cheng)控制器控制，计(ji)量精(jing)度(du)高(gao)于活塞泵的计(ji)量精(jing)度(du)。
步进电(dian)(dian)(dian)机(ji)适于在(zai)低速(su)下(xia)运(yun)行，当速(su)度加快时(shi)，步进电(dian)(dian)(dian)机(ji)的(de)噪(zao)声会明显(xian)加大，其(qi)它经济指标会显(xian)著下(xia)降。对于转速(su)比(bi)较(jiao)高的(de)齿(chi)轮泵(beng)(beng)来说，选用(yong)升(sheng)速(su)结(jie)构比(bi)较(jiao)好。我们在(zai)粘稠体包装(zhuang)机(ji)上开始采用(yong)的(de)是步进电(dian)(dian)(dian)机(ji)直联齿(chi)轮泵(beng)(beng)的(de)结(jie)构，结(jie)果(guo)噪(zao)声难以避免，可靠性下(xia)降。
后来采用直齿(chi)轮(lun)升(sheng)速(su)的(de)办法，降低(di)了(le)(le)步进电机(ji)的(de)速(su)度(du)，噪声(sheng)得到(dao)了(le)(le)控制，可靠(kao)性也有所提高，计量度(du)得到(dao)了(le)(le)保证。
在制(zhi)袋、充填、封口为一(yi)体的包装(zhuang)机中，要(yao)求(qiu)包装(zhuang)用塑(su)料薄膜(mo)定位定长供给(ji)，无论间歇供给(ji)还是(shi)连续(xu)供给(ji)，都可(ke)以(yi)(yi)用步进电机来可(ke)靠完成。采用步进电机与拉带(dai)滚轮直(zhi)接(jie)连接(jie)拉带(dai)，不仅结构得到了(le)(le)简化，而且(qie)调节极为方(fang)便，只(zhi)要(yao)通(tong)过控(kong)制(zhi)面(mian)板上的按钮就可(ke)以(yi)(yi)实现(xian)，这(zhei)样既节省了(le)(le)调节时间，又节约了(le)(le)包装(zhuang)材料。
在间歇式包(bao)装机中，包(bao)装材料的(de)供送控(kong)制(zhi)(zhi)可(ke)(ke)以采用(yong)两种模式：袋长(zhang)控(kong)制(zhi)(zhi)模式和色(se)标控(kong)制(zhi)(zhi)模式 。袋长(zhang)控(kong)制(zhi)(zhi)模式适用(yong)于不带(dai)色(se)标的(de)包(bao)装膜，通过预先设(she)定(ding)(ding)步进(jin)电机转(zhuan)(zhuan)速的(de)方法实现，转(zhuan)(zhuan)空(kong)比(bi)的(de)设(she)定(ding)(ding)通过拨码(ma)开关(guan)就可(ke)(ke)以实现。
色(se)(se)标(biao)模式(shi)配备(bei)有(you)光电(dian)开(kai)(kai)关，光电(dian)开(kai)(kai)关检测色(se)(se)标(biao)的位置，当检测到色(se)(se)标(biao)时(shi)，发(fa)出控制开(kai)(kai)关信号(hao)，步进电(dian)机(ji)接(jie)到信号(hao)后(hou)，停止转动，延时(shi)一(yi)定时(shi)间后(hou)，再转动供(gong)膜(mo)(mo)，周而复始，保证按照色(se)(se)标(biao)的位置定长(zhang)供(gong)膜(mo)(mo)。
横(heng)封轮每(mei)(mei)转一(yi)周(zhou)(zhou)的(de)(de)(de)总(zong)(zong)时(shi)间与横(heng)封所需要(yao)(yao)的(de)(de)(de)时(shi)间都是恒定的(de)(de)(de)，要(yao)(yao)满足速度同步(bu)(bu)的(de)(de)(de)要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)，可以(yi)将(jiang)步(bu)(bu)进电(dian)机一(yi)周(zhou)(zhou)内的(de)(de)(de)转速分成两部(bu)分，一(yi)部(bu)分首先(xian)满足速度同步(bu)(bu)的(de)(de)(de)要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)，而另外空(kong)载的(de)(de)(de)部(bu)分满足一(yi)周(zhou)(zhou)总(zong)(zong)时(shi)间的(de)(de)(de)要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)。为了实(shi)现良好(hao)的(de)(de)(de)封口(kou)质(zhi)量，还可以(yi)通(tong)过步(bu)(bu)进电(dian)机对横(heng)封轮实(shi)现非衡(heng)速的(de)(de)(de)控制模(mo)式，就是在横(heng)封的(de)(de)(de)每(mei)(mei)一(yi)点上(shang)都实(shi)现速度同步(bu)(bu)。
由(you)于步(bu)进(jin)电机独特的优点，步(bu)进(jin)电机是将电脉冲(chong)信号(hao)(hao)转变为角(jiao)位(wei)移或线位(wei)移的开环控制元(yuan)件。在(zai)非超载(zai)(zai)的情况(kuang)下。电机的转速(su)、停止的位(wei)置只取决于脉冲(chong)信号(hao)(hao)的频率(lv)和脉冲(chong)数，而不受(shou)负载(zai)(zai)变化(hua)的影响，即(ji)给(ji)电机加一个脉冲(chong)信号(hao)(hao)。
电机(ji)则转过一个步(bu)距角(jiao)。这一线性关系的存在(zai)，加(jia)上步(bu)进电机(ji)只(zhi)有周期性的误差而无累积误差等(deng)特点(dian)。使得在(zai)速度(du)、位置(zhi)等(deng)控制领(ling)域用(yong)步(bu)进电机(ji)来控制变(bian)的非(fei)常的简单。作为(wei)一种把(ba)数字电脉冲信号转换成机(ji)械角(jiao)位移的机(ji)电元件。
步进(jin)电机具有控(kong)制(zhi)简单(dan)，功率(lv)大，维(wei)护容易，定位精度高(gao)，可(ke)靠性好，体(ti)积(ji)小，骄动系(xi)统多达32种选择。并且价格低，无累积(ji)位置误差，可(ke)自锁，控(kong)制(zhi)成(cheng)本低等(deng)特点(dian)而得到广泛应用，再加上(shang)利用现(xian)在比较(jiao)成(cheng)熟(shu)的微(wei)机技术中单(dan)片机的应用控(kong)制(zhi)。可(ke)以轻松实(shi)(shi)现(xian)自动控(kong)制(zhi)，以上(shang)特点(dian)完全(quan)符合(he)微(wei)拖的要求。并且可(ke)以实(shi)(shi)现(xian)矿井提升(sheng)系(xi)统的自动控(kong)制(zhi)，实(shi)(shi)现(xian)无人(ren)值(zhi)守提升(sheng)系(xi)统。
矿井提(ti)升(sheng)中步进(jin)电(dian)机(ji)的控制过(guo)程是这样的，首(shou)先提(ti)升(sheng)机(ji)减速接(jie)近爬行(xing)阶(jie)段，速度降至3m／s左右时。由(you)自动(dong)控制系统自动(dong)接(jie)通(tong)(tong)电(dian)磁(ci)阀。电(dian)磁(ci)阀杆在(zai)电(dian)磁(ci)力的作(zuo)用(yong)下(xia)克服阀杆下(xia)端弹簧(huang)的弹力下(xia)移(yi)，使压缩空气由(you)A腔进(jin)入B腔，通(tong)(tong)过(guo)减速器的空心轴(zhou)进(jin)入气囊离合器。使微拖装(zhuang)置(zhi)与主机(ji)连接(jie)起来。
当速(su)度继(ji)续降(jiang)至爬(pa)行速(su)度时。通过控制(zhi)电路切断主(zhu)电动(dong)机(ji)动(dong)力制(zhi)动(dong)电源，提升机(ji)改由步进(jin)(jin)电机(ji)拖动(dong)进(jin)(jin)行平稳的(de)低(di)速(su)爬(pa)行。提升容器到达终点，进(jin)(jin)行卸载(zai)时，控制(zhi)电路使电磁(ci)阀断电，步进(jin)(jin)电机(ji)与主(zhu)机(ji)脱离(li)，完成一次爬(pa)行过程，接下来进(jin)(jin)行下一周期的(de)工作。通过改进(jin)(jin)，大大提高卸载(zai)时事故的(de)发生(sheng)(sheng)率(lv)，提高煤矿生(sheng)(sheng)产的(de)安全，并且为(wei)煤矿后来进(jin)(jin)行自动(dong)化生(sheng)(sheng)产建立基础。
许多(duo)汽(qi)车制(zhi)(zhi)(zhi)动(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)元件(jian)的检(jian)(jian)测(ce)(ce)，例(li)如液(ye)压制(zhi)(zhi)(zhi)动(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)系(xi)中制(zhi)(zhi)(zhi)动(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)主缸助力器总(zong)成的检(jian)(jian)测(ce)(ce)，气压制(zhi)(zhi)(zhi)动(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)系(xi)中气制(zhi)(zhi)(zhi)动(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)阀的检(jian)(jian)测(ce)(ce)，在(zai)测(ce)(ce)试(shi)系(xi)统中需要用到(dao)电机推动(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)滚珠(zhu)丝(si)(si)杠来模拟在(zai)实际(ji)汽(qi)车制(zhi)(zhi)(zhi)动(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)时踩下(xia)制(zhi)(zhi)(zhi)动(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)踏板进行(xing)制(zhi)(zhi)(zhi)动(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)的过程，滚珠(zhu)丝(si)(si)杠推动(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)主缸或者制(zhi)(zhi)(zhi)动(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)阀使(shi)其达到(dao)汽(qi)车制(zhi)(zhi)(zhi)动(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)时所需要的各种(zhong)工(gong)作(zuo)状态，以便来测(ce)(ce)试(shi)各种(zhong)性能。
而(er)步进(jin)电(dian)机(ji)(ji)(ji)由于角位移(yi)与输(shu)入脉冲严格成正(zheng)比关系(xi)，在其运动(dong)(dong)过程中没有累计误差，跟随性良好，因此选择(ze)步进(jin)电(dian)机(ji)(ji)(ji)是汽车制(zhi)动(dong)(dong)元件测试系(xi)统(tong)中性能较好的执行元件。系(xi)统(tong)硬件组成有位移(yi)传感(gan)器，力传感(gan)器，步进(jin)电(dian)机(ji)(ji)(ji)；控(kong)制(zhi)核(he)心采用工控(kong)机(ji)(ji)(ji)和数据采集(ji)卡。
步进(jin)电(dian)机(ji)通(tong)过(guo)联(lian)轴器(qi)(qi)驱动(dong)滚珠(zhu)丝杠(gang)组成加力装置，力传(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)安装在丝杠(gang)顶杆前(qian)(qian)端，用于测量(liang)(liang)步进(jin)电(dian)机(ji)输(shu)出(chu)力矩“被测试(shi)件输(shu)入力”的(de)(de)大小，数据经由A／D转换送工控(kong)机(ji)处理，工控(kong)机(ji)控(kong)制(zhi)步进(jin)电(dian)机(ji)的(de)(de)启动(dong)、前(qian)(qian)进(jin)、后(hou)退(tui)、停止，并(bing)按测试(shi)程序(xu)控(kong)制(zhi)前(qian)(qian)进(jin)和后(hou)退(tui)的(de)(de)速度，同时由位移(yi)传(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)测量(liang)(liang)出(chu)步进(jin)电(dian)机(ji)的(de)(de)位移(yi)量(liang)(liang)，并(bing)将力和位移(yi)的(de)(de)相应(ying)数据通(tong)过(guo)显(xian)示器(qi)(qi)表示出(chu)来，根据相关行业(ye)标(biao)准来判断气制(zhi)动(dong)阀的(de)(de)合格与否。
一(yi)(yi)般采用软(ruan)件延时(shi)(shi)的(de)(de)方(fang)法来对步(bu)进电机(ji)的(de)(de)运行速度(du)、步(bu)数及(ji)方(fang)向(xiang)进行控制，根(gen)据计(ji)算(suan)机(ji)所发出脉冲(chong)的(de)(de)频率和数量所需(xu)的(de)(de)时(shi)(shi)间来设计(ji)一(yi)(yi)个(ge)子程(cheng)序，该子程(cheng)序包含一(yi)(yi)定(ding)的(de)(de)指令(ling)，设计(ji)者通(tong)常要对这些指令(ling)的(de)(de)执(zhi)行时(shi)(shi)间进行严密的(de)(de)计(ji)算(suan)或者精确的(de)(de)测试，以(yi)(yi)便确定(ding)延时(shi)(shi)时(shi)(shi)间是否符合要求，每当子程(cheng)序结(jie)束后，可以(yi)(yi)执(zhi)行下面的(de)(de)操作。
采用(yong)(yong)软件(jian)延时方式时，CPU一直(zhi)被占用(yong)(yong)，CPU利用(yong)(yong)率低，这在许(xu)多场合是非(fei)常不利的(de)。因此需要(yao)重新设计对步(bu)(bu)进电(dian)机的(de)控(kong)制程序，采用(yong)(yong)PCL-812PG数据采集卡，利用(yong)(yong)812PG卡中(zhong)自带可编程计数／定(ding)时器(qi)8254及(ji)其他(ta)逻辑电(dian)路器(qi)件(jian)设计一种步(bu)(bu)进电(dian)机控(kong)制方式，仅(jin)需要(yao)几条简单的(de)指(zhi)令就可以产生具(ju)有一定(ding)频率和(he)数目的(de)脉冲信号。
可编(bian)(bian)程(cheng)(cheng)的硬件(jian)(jian)定时(shi)(shi)(shi)器(qi)直(zhi)接对(dui)系统时(shi)(shi)(shi)钟脉冲或(huo)某一固定频率的时(shi)(shi)(shi)钟脉冲进行计(ji)数(shu)，计(ji)数(shu)值则由编(bian)(bian)程(cheng)(cheng)决(jue)定当计(ji)数(shu)到(dao)(dao)预定的脉冲数(shu)时(shi)(shi)(shi)，给出定时(shi)(shi)(shi)时(shi)(shi)(shi)间(jian)(jian)到(dao)(dao)的信号，得(de)到(dao)(dao)所需的延时(shi)(shi)(shi)时(shi)(shi)(shi)间(jian)(jian)或(huo)定时(shi)(shi)(shi)间(jian)(jian)隔(ge)，由于计(ji)数(shu)的初始值由编(bian)(bian)程(cheng)(cheng)决(jue)定，因(yin)而在不改动硬件(jian)(jian)的情况下，只通过程(cheng)(cheng)序的变化即可满(man)足不同的定时(shi)(shi)(shi)和计(ji)数(shu)要求，因(yin)此使用很方便。
联系方(fang)式(shi)：邹先生
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