第二章電機(jī)控制技術(shù)(新教材)

1、電動機(jī)控制接口技術(shù)電動機(jī)控制接口技術(shù) 電動機(jī)控制接口技術(shù)電動機(jī)控制接口技術(shù)直流電動機(jī)控制接口技術(shù)直流電動機(jī)控制接口技術(shù)步進(jìn)電機(jī)控制接口技術(shù)步進(jìn)電機(jī)控制接口技術(shù)電動機(jī)控制技術(shù)概述電動機(jī)控制技術(shù)概述電動機(jī)電動機(jī)是被廣泛應(yīng)用的是被廣泛應(yīng)用的原動機(jī)原動機(jī)電動機(jī)的控制要求越來越高：電動機(jī)的控制要求越來越高：啟、停、逆轉(zhuǎn)快速，調(diào)速快、準(zhǔn)啟、停、逆轉(zhuǎn)快速，調(diào)速快、準(zhǔn)。電動機(jī)控制器的發(fā)展電動機(jī)控制器的發(fā)展：電機(jī)控制元件經(jīng)歷了從交流放大器到磁：電機(jī)控制元件經(jīng)歷了從交流放大器到磁放大器、可控離子變速器、可控硅、計算機(jī)控制。放大器、可控離子變速器、可控硅、計算機(jī)控制。計算機(jī)控制計算機(jī)控制又分為微機(jī)控制系統(tǒng)、單片機(jī)控

2、制裝置和專用控制又分為微機(jī)控制系統(tǒng)、單片機(jī)控制裝置和專用控制板卡等，并且采用了復(fù)雜的控制算法。板卡等，并且采用了復(fù)雜的控制算法。脈沖寬度調(diào)制技術(shù)脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，在直流小功率電動機(jī)調(diào)速中已經(jīng)成熟，在，在直流小功率電動機(jī)調(diào)速中已經(jīng)成熟，在直流中、小功率方面正在迅速取代可控硅直流中、小功率方面正在迅速取代可控硅SCRSCR直流調(diào)速系統(tǒng)，但直流調(diào)速系統(tǒng)，但在交流和大功率電動機(jī)調(diào)速方面尚屬研究中。在交流和大功率電動機(jī)調(diào)速方面尚屬研究中。電動機(jī)調(diào)速的發(fā)展趨勢電動機(jī)調(diào)速的發(fā)展趨勢：微型化、智能化、一體化，即將以微：微型化、智能化、一體化，即將以微型計算機(jī)（單片機(jī)）為核心的控制器做到電動機(jī)上。型計算機(jī)（單片

3、機(jī)）為核心的控制器做到電動機(jī)上。電動機(jī)控制接口技術(shù)電動機(jī)控制接口技術(shù)1 1、小功率直流電動機(jī)調(diào)速原理、小功率直流電動機(jī)調(diào)速原理2 2、開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)、開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)3 3、脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計、脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計4 4、閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)、閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)5 5、交流電動機(jī)控制接口技術(shù)、交流電動機(jī)控制接口技術(shù)小功率直流電動機(jī)調(diào)速原理小功率直流電動機(jī)調(diào)速原理脈沖寬度調(diào)制（脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation Pulse Width Modulation ）PWMPWM原理原理 小功率直流電動機(jī)小功率直流電動機(jī)由轉(zhuǎn)子和定子組成由轉(zhuǎn)子和定子組成，定子可以是磁

4、極或勵，定子可以是磁極或勵磁繞組。磁繞組。其轉(zhuǎn)速與加在轉(zhuǎn)子電樞上的電壓其轉(zhuǎn)速與加在轉(zhuǎn)子電樞上的電壓UaUa有關(guān)有關(guān)， UaUa轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速VV；所；所加電壓極性改變，則電動機(jī)反轉(zhuǎn)。加電壓極性改變，則電動機(jī)反轉(zhuǎn)。小功率直流電動機(jī)調(diào)速原理小功率直流電動機(jī)調(diào)速原理定子繞組及定子繞組及產(chǎn)生的磁場產(chǎn)生的磁場轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子電樞電樞脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)原理圖脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)原理圖PWMPWM原理原理據(jù)此原理，據(jù)此原理，通過改變電動機(jī)電樞電壓接通和斷開的時間比（通過改變電動機(jī)電樞電壓接通和斷開的時間比（即占空比）來控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速即占空比）來控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，這種方法就稱為脈沖寬度，這種方法就稱為脈沖寬度調(diào)制調(diào)制PWMPW

5、M。脈寬調(diào)制轉(zhuǎn)速公式（平均轉(zhuǎn)速）：脈寬調(diào)制轉(zhuǎn)速公式（平均轉(zhuǎn)速）： Vd=Vmax Vd=Vmax * * D D 其中，其中，Vd-Vd-電動機(jī)平均轉(zhuǎn)速；電動機(jī)平均轉(zhuǎn)速； VmaxVmax全通電時速度（最大）；全通電時速度（最大）； D= t1 /T-D= t1 /T-占空比，占空比， t1t1是通電時間，是通電時間，T T是脈寬周是脈寬周期。期。D1D1。 Vd D Vd D，與單純的周期，與單純的周期T T無關(guān)無關(guān) Vd Vd與與D D只是近似的線性關(guān)系，只是近似的線性關(guān)系，與單純的周期與單純的周期T T無關(guān)無關(guān)（與步（與步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速脈沖不同，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成進(jìn)電機(jī)的調(diào)速脈沖不

6、同，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比）。在正比）。在D D不變的情況下，不變的情況下，T T越小，電機(jī)轉(zhuǎn)速越平穩(wěn)。越小，電機(jī)轉(zhuǎn)速越平穩(wěn)。平均速度與占空比的關(guān)系平均速度與占空比的關(guān)系PWMPWM原理原理開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng) 1 1、開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)的組成、開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)的組成（1 1）占空比）占空比D D的設(shè)定的設(shè)定 1 1）用電位器調(diào)節(jié)、）用電位器調(diào)節(jié)、2 2）用撥碼開關(guān)、）用撥碼開關(guān)、3 3）用數(shù)字鍵盤）用數(shù)字鍵盤（2 2）脈沖寬度發(fā)生器）脈沖寬度發(fā)生器 ：軟件編程：軟件編程（3 3）驅(qū)動器）驅(qū)動器: :TTLTTL放大電路放大電路（4 4）電子開關(guān)）電子開關(guān) :

7、 :用晶體管、場效應(yīng)管、可控硅、繼電器用晶體管、場效應(yīng)管、可控硅、繼電器（5 5）電動機(jī)）電動機(jī) 2 2、電動機(jī)控制接口、電動機(jī)控制接口 上圖中的第上圖中的第3 3、4 4兩部分即為接口部分。直流電機(jī)與微機(jī)的接口兩部分即為接口部分。直流電機(jī)與微機(jī)的接口有以下有以下4 4種方法：種方法：（1 1）光電隔離器）光電隔離器+ +大功率場效應(yīng)管大功率場效應(yīng)管 : :適用于自己開發(fā)的系統(tǒng)，價格適用于自己開發(fā)的系統(tǒng)，價格低低（2 2）固態(tài)繼電器）固態(tài)繼電器 : :適用于自己開發(fā)的系統(tǒng)，價格低適用于自己開發(fā)的系統(tǒng)，價格低（3 3）專用接口芯片）專用接口芯片 : :如如L290L290、L291L291、L2

8、92L292等，價高、但可靠等，價高、但可靠（4 4）專用接口板）專用接口板: :如如75017501、75027502，主要用于，主要用于STDSTD或或PCPC機(jī)系統(tǒng)機(jī)系統(tǒng)如用單片機(jī)控制，即可產(chǎn)生并輸出調(diào)制脈沖，再加上如用單片機(jī)控制，即可產(chǎn)生并輸出調(diào)制脈沖，再加上光電隔離器光電隔離器+ +大大功率場效應(yīng)管功率場效應(yīng)管，或者加上，或者加上固態(tài)繼電器固態(tài)繼電器就構(gòu)成了就構(gòu)成了接口部件和脈寬調(diào)速控接口部件和脈寬調(diào)速控制器。制器。開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng) 一、脈寬占空比設(shè)計一、脈寬占空比設(shè)計 由脈寬調(diào)制轉(zhuǎn)速公式：由脈寬調(diào)制轉(zhuǎn)速公式： Vd=Vmax Vd=Vmax * * D D

9、電動機(jī)平均轉(zhuǎn)速電動機(jī)平均轉(zhuǎn)速VdVd、全通電時速度、全通電時速度 Vmax Vmax 已知已知，對于，對于給定的平均轉(zhuǎn)速給定的平均轉(zhuǎn)速VdVd ，便可計算出占空比，便可計算出占空比D D。 占空比占空比D= t1 /TD= t1 /T ， t1t1是通電時間，是通電時間， t2t2是斷電時間。是斷電時間。 脈寬周期脈寬周期T= t1 + t2T= t1 + t2 設(shè)單位時間（設(shè)單位時間（ t0 t0 ）計一個數(shù)，則通電時間）計一個數(shù)，則通電時間t1t1計數(shù)計數(shù)N1= t1 / t0 N1= t1 / t0 ， 斷電時間斷電時間t2t2計數(shù)計數(shù)N2= t2 / t0(N2= t2 / t0(即即

10、N1N1補(bǔ)補(bǔ)) ) ， 1 1、軟件延時法、軟件延時法P119P119 2 2、計數(shù)法、計數(shù)法P119P119脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計二、電動機(jī)轉(zhuǎn)動控制原理二、電動機(jī)轉(zhuǎn)動控制原理 正轉(zhuǎn)：正轉(zhuǎn)：SW1SW1、SW4SW4閉合閉合 反轉(zhuǎn)：反轉(zhuǎn)：SW2SW2、SW3SW3閉合閉合 剎車：剎車：SW2SW2、SW4SW4閉合閉合（或（或SW1SW1、SW3SW3閉合）閉合） 滑行：滑行：SW1SW1、SW2SW2、SW3SW3、 SW4SW4全部斷開全部斷開 脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 控制數(shù)據(jù)控制數(shù)據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)狀態(tài)開關(guān)狀態(tài)開關(guān)狀態(tài)PA1 PA0SW1 SW2 SW3

11、SW410正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)100101反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)011011剎車剎車010100滑行滑行0000雙向控制電動機(jī)工作狀態(tài)真值表雙向控制電動機(jī)工作狀態(tài)真值表PA0PA0、PA1PA1為為0 0時，時，SW1SW1、SW3SW3才有才有可能導(dǎo)通可能導(dǎo)通SWxSWx狀態(tài)：狀態(tài)：PA0PA0、1 1為為1 1時導(dǎo)通，時導(dǎo)通，為為0 0時截止時截止 SWxSWx用的是場效應(yīng)管用的是場效應(yīng)管PB0-PB7PB0-PB7：設(shè)置脈沖寬度，：設(shè)置脈沖寬度， 即方波的占空比即方波的占空比74LS12574LS125：四總線三態(tài)緩沖器：四總線三態(tài)緩沖器脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計四、控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計四、控制系統(tǒng)的

12、軟件設(shè)計 1 1、流程圖（右圖）、流程圖（右圖） 2 2、匯編程序、匯編程序: :見教材見教材P122 P122 （略）（略）設(shè)定占空比設(shè)定占空比（或轉(zhuǎn)速）（或轉(zhuǎn)速）通電時間通電時間斷電時間斷電時間脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng) 為了提高電動機(jī)脈沖為了提高電動機(jī)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)的精度，通寬度調(diào)速系統(tǒng)的精度，通常采用閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速常采用閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)。系統(tǒng)。 閉環(huán)系統(tǒng)是在開環(huán)系閉環(huán)系統(tǒng)是在開環(huán)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了電動機(jī)統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了電動機(jī)的速度檢測回路的速度檢測回路，意在將，意在將檢測到的速度與給定值比檢測到的速度與給定值比較，并由數(shù)字調(diào)

13、節(jié)器（較，并由數(shù)字調(diào)節(jié)器（PIDPID）進(jìn)行調(diào)節(jié)。其原理框圖）進(jìn)行調(diào)節(jié)。其原理框圖如左圖所示。如左圖所示。采用微型機(jī)的電動機(jī)速度控制系統(tǒng)原理圖采用微型機(jī)的電動機(jī)速度控制系統(tǒng)原理圖一、測速發(fā)電機(jī)一、測速發(fā)電機(jī) 1 1、測速發(fā)電機(jī)的工作原理、測速發(fā)電機(jī)的工作原理 測速發(fā)電機(jī)是一種將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。根測速發(fā)電機(jī)是一種將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。根據(jù)結(jié)構(gòu)及工作原理的不同，分為直流和交流測速發(fā)電機(jī)。據(jù)結(jié)構(gòu)及工作原理的不同，分為直流和交流測速發(fā)電機(jī)。 測速發(fā)電機(jī)的工作原理測速發(fā)電機(jī)的工作原理：用被控制的電動機(jī)，帶動測速：用被控制的電動機(jī)，帶動測速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子在定子所形成的磁場中旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子繞組

14、切割磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子在定子所形成的磁場中旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線，便產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢，即有電壓。轉(zhuǎn)速越高，電壓越力線，便產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢，即有電壓。轉(zhuǎn)速越高，電壓越高。電壓便與電動機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比，由此得到電動機(jī)的轉(zhuǎn)速高。電壓便與電動機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比，由此得到電動機(jī)的轉(zhuǎn)速信息。信息。 測速發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)是分辨率較高，價格較低測速發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)是分辨率較高，價格較低。閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng) 2 2、直流閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)原理圖、直流閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)原理圖直流脈寬可逆調(diào)速系統(tǒng)原理圖直流脈寬可逆調(diào)速系統(tǒng)原理圖閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)二、數(shù)字式轉(zhuǎn)速傳感器二、數(shù)字式轉(zhuǎn)速傳感

15、器 數(shù)字式轉(zhuǎn)速傳感器，是把旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字式轉(zhuǎn)速傳感器，是把旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的一種裝置。計算機(jī)控制系統(tǒng)最常用的是碼盤式數(shù)字量的一種裝置。計算機(jī)控制系統(tǒng)最常用的是碼盤式轉(zhuǎn)速傳感器。轉(zhuǎn)速傳感器。 下圖為增量式和絕對式碼盤。下圖為增量式和絕對式碼盤。透明式光電碼盤的結(jié)構(gòu)透明式光電碼盤的結(jié)構(gòu)閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng) 1 1、增量式碼盤的工作原理、增量式碼盤的工作原理 增量式碼盤的脈沖輸入到計算機(jī)的計數(shù)器，其轉(zhuǎn)速公增量式碼盤的脈沖輸入到計算機(jī)的計數(shù)器，其轉(zhuǎn)速公式為：式為： nm=60nm=60* *Nc/n/t1Nc/n/t1（轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)/ /分）分）式中：式中：nm

16、-nm -轉(zhuǎn)速，單位為轉(zhuǎn)速，單位為r/min r/min Nc -Nc -在在t1t1時間內(nèi)測得的脈沖數(shù)時間內(nèi)測得的脈沖數(shù) n-n-碼盤上一周的縫隙數(shù)碼盤上一周的縫隙數(shù) t1 -t1 -測速時間，單位為秒測速時間，單位為秒Nc/nNc/n：為在為在t1t1時間內(nèi)碼盤轉(zhuǎn)的總?cè)?shù)時間內(nèi)碼盤轉(zhuǎn)的總?cè)?shù)閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng) 2 2、絕對式碼盤的工作原理、絕對式碼盤的工作原理 有數(shù)字的方格示透光，無數(shù)字的方格示不透光，透光的地方經(jīng)光敏元有數(shù)字的方格示透光，無數(shù)字的方格示不透光，透光的地方經(jīng)光敏元件輸出件輸出1 1，不透光的地方經(jīng)光敏元件輸出，不透光的地方經(jīng)光敏元件輸出0 0。 每一個

17、位圈需要一個光敏元件，每一個位圈需要一個光敏元件，8 8個位圈需要個位圈需要8 8個光敏元件，可以計個光敏元件，可以計數(shù)數(shù)256256。 8 8位光敏元件輸出的數(shù)據(jù)，可以直接接到計算機(jī)的數(shù)字量輸入端口。位光敏元件輸出的數(shù)據(jù)，可以直接接到計算機(jī)的數(shù)字量輸入端口。每隔一段時間讀一次數(shù)據(jù)，每隔一段時間讀一次數(shù)據(jù)，兩次的數(shù)據(jù)差除以碼盤上的縫隙數(shù)，即為轉(zhuǎn)的兩次的數(shù)據(jù)差除以碼盤上的縫隙數(shù)，即為轉(zhuǎn)的圈數(shù)。轉(zhuǎn)速圈數(shù)。轉(zhuǎn)速= =兩次的數(shù)據(jù)差兩次的數(shù)據(jù)差/ /碼盤上外圈的縫隙數(shù)碼盤上外圈的縫隙數(shù)/ /時間時間11111111118888888812345678910111213141516171819202222

18、2222224444444441616161616轉(zhuǎn)速仍然可轉(zhuǎn)速仍然可以用前面的以用前面的公式，公式， Nc理理解為數(shù)據(jù)差解為數(shù)據(jù)差D0位圈位圈D1位圈位圈D2位圈位圈D3位圈位圈D4位圈位圈最外圈最外圈有數(shù)字的格為透光有數(shù)字的格為透光總格數(shù)總格數(shù)閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)交流電動機(jī)控制接口技術(shù)交流電動機(jī)控制接口技術(shù) 1 1、交流電動機(jī)的調(diào)速正在研究發(fā)展中、交流電動機(jī)的調(diào)速正在研究發(fā)展中 交流電動機(jī)的調(diào)速比較復(fù)雜，是一個非?；钴S的領(lǐng)交流電動機(jī)的調(diào)速比較復(fù)雜，是一個非?；钴S的領(lǐng)域，有待進(jìn)一步研究和開發(fā)。此處作簡單介紹。域，有待進(jìn)一步研究和開發(fā)。此處作簡單介紹。 2 2、交流電動機(jī)調(diào)

19、速的的特點(diǎn)、交流電動機(jī)調(diào)速的的特點(diǎn) 1 1）電流作正反兩個方向流動；）電流作正反兩個方向流動；2 2）電壓較高（）電壓較高（220V-220V-380V-380V）需要加光電隔離，常用交流固態(tài)繼電器。）需要加光電隔離，常用交流固態(tài)繼電器。 3 3、采用固態(tài)繼電器與交流伺服電機(jī)的接口電路、采用固態(tài)繼電器與交流伺服電機(jī)的接口電路PC0=1PC0=1，PC1=0PC1=0，A A相導(dǎo)通，相導(dǎo)通，電動機(jī)電動機(jī)正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)。PC0=0PC0=0，PC1=1PC1=1，B B相導(dǎo)通，相導(dǎo)通，電動機(jī)電動機(jī)反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)。PC0=0PC0=0，PC1=0PC1=0，A A相與相與B B相均關(guān)閉，電動機(jī)相均關(guān)閉，電動機(jī)不

20、運(yùn)不運(yùn)轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)。R4R4與電容與電容C C的作用的作用是消除是消除伺服電機(jī)關(guān)斷時的浪涌伺服電機(jī)關(guān)斷時的浪涌電壓。電壓。光敏電阻光敏電阻R2R2和電阻和電阻R3R3的的作用作用是組成過零檢測電是組成過零檢測電路，產(chǎn)生雙向觸發(fā)脈沖。路，產(chǎn)生雙向觸發(fā)脈沖。采用固態(tài)繼電器的交流伺服電動機(jī)控制電路采用固態(tài)繼電器的交流伺服電動機(jī)控制電路交流電動機(jī)控制接口技術(shù)交流電動機(jī)控制接口技術(shù)步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制接口技術(shù)控制接口技術(shù)一般電機(jī)都是連續(xù)旋轉(zhuǎn)，而步進(jìn)電機(jī)卻是一步一步地轉(zhuǎn)動一般電機(jī)都是連續(xù)旋轉(zhuǎn)，而步進(jìn)電機(jī)卻是一步一步地轉(zhuǎn)動，故叫步進(jìn)電機(jī)。具體而言，每當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動器接收到，故叫步進(jìn)電機(jī)。具體而言，每當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的

21、驅(qū)動器接收到一個驅(qū)動脈沖信號后，步進(jìn)電機(jī)將會按照設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一一個驅(qū)動脈沖信號后，步進(jìn)電機(jī)將會按照設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（有的步進(jìn)電機(jī)可以直接輸出線位移，稱為直個固定的角度（有的步進(jìn)電機(jī)可以直接輸出線位移，稱為直線電動機(jī)）。因此，線電動機(jī)）。因此，步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移（或直線位移）的執(zhí)行機(jī)械。（或直線位移）的執(zhí)行機(jī)械。對于經(jīng)常使用的角位移步進(jìn)電對于經(jīng)常使用的角位移步進(jìn)電機(jī)，用戶可以機(jī)，用戶可以通過控制脈沖的個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)通過控制脈沖的個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的到準(zhǔn)確定位的目的；同時還可以；同時還可以通過控制脈沖

22、頻率來控制電通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用 步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)精度高步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)精度高 旋轉(zhuǎn)單位是旋轉(zhuǎn)單位是“步步”，一步的最，一步的最小轉(zhuǎn)角可以小到小轉(zhuǎn)角可以小到0.360.36度（最大轉(zhuǎn)角達(dá)到度（最大轉(zhuǎn)角達(dá)到9090度）。步進(jìn)電度）。步進(jìn)電機(jī)若前進(jìn)一定的步數(shù)，然后再后退相同的步數(shù)，則可精機(jī)若前進(jìn)一定的步數(shù)，然后再后退相同的步數(shù)，則可精確的回到原來的位置。確的回到原來的位置。 步進(jìn)電機(jī)啟、停速度快步進(jìn)電機(jī)啟、停速度快 能夠在能夠在“一剎那一剎那”間使步進(jìn)間使步進(jìn)電機(jī)啟動或停止，在

23、快速啟停時不會失掉一步。一般轉(zhuǎn)電機(jī)啟動或停止，在快速啟停時不會失掉一步。一般轉(zhuǎn)速為速為200-1000200-1000步步/ /秒。秒。 步進(jìn)電機(jī)在定位場所得到了廣泛的應(yīng)用步進(jìn)電機(jī)在定位場所得到了廣泛的應(yīng)用 如：在繪如：在繪圖儀、打印機(jī)、掃描儀、復(fù)印機(jī)等設(shè)備及光學(xué)儀器中應(yīng)圖儀、打印機(jī)、掃描儀、復(fù)印機(jī)等設(shè)備及光學(xué)儀器中應(yīng)用。其定位不需要位移傳感器測定位置。用。其定位不需要位移傳感器測定位置。 步進(jìn)電機(jī)的工作原理步進(jìn)電機(jī)的工作原理步進(jìn)電動機(jī)分為機(jī)電式、磁電式及直線式三種基本類型。步進(jìn)電動機(jī)分為機(jī)電式、磁電式及直線式三種基本類型。磁電式步進(jìn)電動機(jī)主要有反應(yīng)式（簡稱磁電式步進(jìn)電動機(jī)主要有反應(yīng)式（簡稱V

24、RVR）、永磁式（簡稱）、永磁式（簡稱PMPM）和永磁感應(yīng)式（又稱為混合式步進(jìn)電機(jī)，簡稱）和永磁感應(yīng)式（又稱為混合式步進(jìn)電機(jī)，簡稱HBHB）三）三種。種。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的工作原理反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的工作原理反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)在定、轉(zhuǎn)子鐵心的內(nèi)外表面上設(shè)有按一反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)在定、轉(zhuǎn)子鐵心的內(nèi)外表面上設(shè)有按一定規(guī)律分布的相近齒槽，利用這兩種齒槽相對位置變化引起定規(guī)律分布的相近齒槽，利用這兩種齒槽相對位置變化引起磁路磁阻的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。磁路磁阻的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步矩角反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步矩角一般為一般為1.51.5，精度容易保證，起動和

25、運(yùn)行頻率較高，但噪，精度容易保證，起動和運(yùn)行頻率較高，但噪聲和振動都很大，在歐美等發(fā)達(dá)國家在聲和振動都很大，在歐美等發(fā)達(dá)國家在2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代已被淘年代已被淘汰汰。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的工作原理反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的工作原理1 1、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)電機(jī)的電機(jī)的定子定子上有上有6 6個等分的磁極，即個等分的磁極，即A A、AA、B B、BB、C C、CC。相鄰兩個磁極間的夾角為。相鄰兩個磁極間的夾角為6060。相對的兩個磁極組成。相對的兩個磁極組成一相，圖示結(jié)構(gòu)為三相步進(jìn)電機(jī)一相，圖示結(jié)構(gòu)為三相步進(jìn)電機(jī)(AA(AA相，相，BBBB相，相，CCCC相相) )。當(dāng)某一繞組有電流通過時，該繞組相應(yīng)的兩個磁極

26、立。當(dāng)某一繞組有電流通過時，該繞組相應(yīng)的兩個磁極立即形成即形成N N極和極和S S極，每個磁極上各有極，每個磁極上各有5 5個均勻分布的矩形小齒個均勻分布的矩形小齒。步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子上沒有繞組，它是由上沒有繞組，它是由4040個矩形小齒均勻分個矩形小齒均勻分布在圓周上，相鄰兩齒之間的夾角為布在圓周上，相鄰兩齒之間的夾角為9 9。當(dāng)某相繞組通電。當(dāng)某相繞組通電時，對應(yīng)的磁極就會產(chǎn)生磁場，并與轉(zhuǎn)子形成磁路。若此時時，對應(yīng)的磁極就會產(chǎn)生磁場，并與轉(zhuǎn)子形成磁路。若此時定子的小齒與轉(zhuǎn)子的小齒沒有對齊，則在磁場的作用下，轉(zhuǎn)定子的小齒與轉(zhuǎn)子的小齒沒有對齊，則在磁場的作用下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一定的角度，使

27、轉(zhuǎn)子齒和定子齒對齊。由此可見，錯子轉(zhuǎn)動一定的角度，使轉(zhuǎn)子齒和定子齒對齊。由此可見，錯齒是促使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的根本原因。齒是促使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的根本原因。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的工作原理反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的工作原理2 2、工作原理、工作原理定子各相（定子各相（AAAA、BBBB、CCCC）相差）相差120120度依次單獨(dú)通電，則定子所度依次單獨(dú)通電，則定子所產(chǎn)生的磁場按產(chǎn)生的磁場按AAAA、BBBB、CCCC、AAAA、BBBB、順序旋轉(zhuǎn)。順序旋轉(zhuǎn)。 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)原理轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)原理 AAAA上通電時上通電時 為了構(gòu)成閉合的磁力線、為了構(gòu)成閉合的磁力線、并且使磁阻最小，轉(zhuǎn)子上的齒要與定子并且使磁阻最小，轉(zhuǎn)子上的齒要與定

28、子AAAA上的齒對齊。設(shè)轉(zhuǎn)子與定子上的齒對齊。設(shè)轉(zhuǎn)子與定子A A相中間的齒相中間的齒相對的齒記為相對的齒記為0 0號齒號齒。 BBBB上通電時上通電時 為了構(gòu)成閉合的磁力線、為了構(gòu)成閉合的磁力線、并且使磁阻最小，轉(zhuǎn)子上的齒也要與定子并且使磁阻最小，轉(zhuǎn)子上的齒也要與定子BBBB上的齒對齊。上的齒對齊。 轉(zhuǎn)子上與定子轉(zhuǎn)子上與定子B B相中間應(yīng)該對齊的齒號為相中間應(yīng)該對齊的齒號為120120/9/9= =13.3313.33，不是整數(shù)，即轉(zhuǎn)子與，不是整數(shù)，即轉(zhuǎn)子與定子上的齒未對齊，則磁阻大，為減小磁定子上的齒未對齊，則磁阻大，為減小磁阻，轉(zhuǎn)子要旋轉(zhuǎn)。第阻，轉(zhuǎn)子要旋轉(zhuǎn)。第1313、1414號齒距離號齒

29、距離B B相相中間的角度分別為中間的角度分別為3 3和和6 6，因此，因此1313號齒號齒順時針旋轉(zhuǎn)順時針旋轉(zhuǎn)3 3與定子齒對齊。與定子齒對齊。 CC CC相通電相通電 同樣的道理，轉(zhuǎn)子仍然順時針旋轉(zhuǎn)同樣的道理，轉(zhuǎn)子仍然順時針旋轉(zhuǎn)3 3。 定子按定子按AB C A B AB C A B 通電時，則轉(zhuǎn)子按順時針方向通電時，則轉(zhuǎn)子按順時針方向旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)。 步距角：步距角： 每步的轉(zhuǎn)角為每步的轉(zhuǎn)角為3 3，即步距角為即步距角為3 3。 通電一周的旋轉(zhuǎn)角度：通電一周的旋轉(zhuǎn)角度：照照AB C AAB C A順序順序通電一周，則轉(zhuǎn)子通電一周，則轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)9 9。 反轉(zhuǎn)方法：反轉(zhuǎn)方法：若通電順序反過來若通

30、電順序反過來， 按按CB A CCB A C通電，通電，則轉(zhuǎn)子旋則轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反。轉(zhuǎn)方向相反。3 3、步距角、步距角QsQs計算公式計算公式 Qs=360Qs=360/(N/(N* *Zr)Zr)式中：式中： ZrZr為轉(zhuǎn)子齒數(shù)；為轉(zhuǎn)子齒數(shù)； N=McN=Mc* *C C為通電一周的拍數(shù)，叫為通電一周的拍數(shù)，叫運(yùn)行拍數(shù)運(yùn)行拍數(shù)。 其中，其中，McMc為繞組相數(shù)；為繞組相數(shù)；C C為狀態(tài)數(shù)，采用（單、雙）三拍時為狀態(tài)數(shù)，采用（單、雙）三拍時C=1C=1，采用，采用（單、雙）六拍時（單、雙）六拍時C=2C=2。如三相三拍，步距角為如三相三拍，步距角為3 3；三相六拍，步距角為；三相六拍，步距角為

31、1.51.5。括號內(nèi)為每轉(zhuǎn)括號內(nèi)為每轉(zhuǎn)一圈的步數(shù)一圈的步數(shù)步進(jìn)電機(jī)的工作原理步進(jìn)電機(jī)的工作原理永磁式步進(jìn)電機(jī)包括一個永磁轉(zhuǎn)子、線圈繞組和導(dǎo)磁定子永磁式步進(jìn)電機(jī)包括一個永磁轉(zhuǎn)子、線圈繞組和導(dǎo)磁定子。激勵一個線圈繞組將產(chǎn)生一個電磁場，分為北極和南極。激勵一個線圈繞組將產(chǎn)生一個電磁場，分為北極和南極。圖示為一個線圈激勵而產(chǎn)生電磁場。圖示為一個線圈激勵而產(chǎn)生電磁場。 定子產(chǎn)生的磁場使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到與定子磁場對置，通過改變定子產(chǎn)生的磁場使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到與定子磁場對置，通過改變定子線圈的通電順序可使電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。定子線圈的通電順序可使電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。永磁式步進(jìn)電機(jī)的工作原理永磁式步進(jìn)電機(jī)

32、的工作原理兩相步進(jìn)電機(jī)的典型步序（單相通電時）：兩相步進(jìn)電機(jī)的典型步序（單相通電時）：永磁式步進(jìn)電機(jī)的工作原理永磁式步進(jìn)電機(jī)的工作原理在第在第1 1步中，兩相定子的步中，兩相定子的A A相通電，因異性相吸，其磁場將相通電，因異性相吸，其磁場將轉(zhuǎn)子固定在圖示位置。轉(zhuǎn)子固定在圖示位置。當(dāng)當(dāng)A A相關(guān)閉，相關(guān)閉，B B相通電時，轉(zhuǎn)子順時針旋轉(zhuǎn)相通電時，轉(zhuǎn)子順時針旋轉(zhuǎn)9090度。度。第第3 3步中，步中，B B相關(guān)閉，相關(guān)閉，A A相通電，但極性與第相通電，但極性與第1 1步相反，這促步相反，這促使轉(zhuǎn)子再次旋轉(zhuǎn)使轉(zhuǎn)子再次旋轉(zhuǎn)9090度。度。在第在第4 4步中，步中，A A相關(guān)閉，相關(guān)閉，B B相通電，

33、極性與第相通電，極性與第2 2步相反。步相反。重復(fù)該順序促使轉(zhuǎn)子按重復(fù)該順序促使轉(zhuǎn)子按9090度的步距角順時針旋轉(zhuǎn)。度的步距角順時針旋轉(zhuǎn)。盡管步距角相同，但力矩增加，輸入功率提高盡管步距角相同，但力矩增加，輸入功率提高1 1倍。倍。永磁式步進(jìn)電機(jī)的工作原理永磁式步進(jìn)電機(jī)的工作原理如果在電機(jī)轉(zhuǎn)換相位之間插入一個半閉狀態(tài)而走如果在電機(jī)轉(zhuǎn)換相位之間插入一個半閉狀態(tài)而走“半步半步”，這將步進(jìn)電機(jī)的整個步距角一分為二。例如，一個，這將步進(jìn)電機(jī)的整個步距角一分為二。例如，一個9090度度的步進(jìn)電機(jī)將每半步移動的步進(jìn)電機(jī)將每半步移動4545度度。永磁式一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為永磁式一般為兩相

34、，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為 或或， 消耗消耗功率較小，步矩角較大。缺點(diǎn)是起動頻率和運(yùn)行功率較小，步矩角較大。缺點(diǎn)是起動頻率和運(yùn)行頻率較低。頻率較低。永磁式步進(jìn)電機(jī)的工作原理永磁式步進(jìn)電機(jī)的工作原理半步半步半步半步9090度步進(jìn)角通過半步步進(jìn)降到了度步進(jìn)角通過半步步進(jìn)降到了4545度度：永磁式步進(jìn)電機(jī)的工作原理永磁式步進(jìn)電機(jī)的工作原理永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動機(jī)又稱混合式步進(jìn)電動機(jī)。是永永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動機(jī)又稱混合式步進(jìn)電動機(jī)。是永磁式步進(jìn)電動機(jī)和反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)兩者的結(jié)合，并兼有磁式步進(jìn)電動機(jī)和反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)兩者的結(jié)合，并兼有兩者的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相，兩相步進(jìn)角一般為兩者的優(yōu)點(diǎn)。它又分

35、為兩相和五相，兩相步進(jìn)角一般為1.81.8度，而五相步進(jìn)角一般為度，而五相步進(jìn)角一般為0.720.72度，這種步進(jìn)電機(jī)應(yīng)該度，這種步進(jìn)電機(jī)應(yīng)該最為廣泛。最為廣泛。感應(yīng)子式與傳統(tǒng)的反應(yīng)式相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體感應(yīng)子式與傳統(tǒng)的反應(yīng)式相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點(diǎn)，而定子激磁只需提供變化的，以提供軟磁材料的工作點(diǎn)，而定子激磁只需提供變化的磁場而不必提供磁材料工作點(diǎn)的耗能，因此該電機(jī)效率高磁場而不必提供磁材料工作點(diǎn)的耗能，因此該電機(jī)效率高，電流小，發(fā)熱低。因永磁體的存在，該電機(jī)具有較強(qiáng)的，電流小，發(fā)熱低。因永磁體的存在，該電機(jī)具有較強(qiáng)的反電勢，其自身阻尼作用比較好，使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過

36、程中比較反電勢，其自身阻尼作用比較好，使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中比較平穩(wěn)、噪音低、低頻振動小。感應(yīng)子式某種程度上可以看平穩(wěn)、噪音低、低頻振動小。感應(yīng)子式某種程度上可以看作是低速同步的電機(jī)。作是低速同步的電機(jī)。永磁感應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的工作原理永磁感應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的工作原理一個四相電機(jī)可以作四相運(yùn)行，也可以作二相運(yùn)行。（一個四相電機(jī)可以作四相運(yùn)行，也可以作二相運(yùn)行。（必須采用雙極電壓驅(qū)動），而反應(yīng)式電機(jī)則不能如此。例必須采用雙極電壓驅(qū)動），而反應(yīng)式電機(jī)則不能如此。例如：四相，八相運(yùn)行（如：四相，八相運(yùn)行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-AA-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可）完全可以采用二相

37、八拍運(yùn)行方式以采用二相八拍運(yùn)行方式. .不難發(fā)現(xiàn)其條件為不難發(fā)現(xiàn)其條件為C=,D=. C=,D=. 一個一個二相電機(jī)的內(nèi)部繞組與四相電機(jī)完全一致，小功率電機(jī)一二相電機(jī)的內(nèi)部繞組與四相電機(jī)完全一致，小功率電機(jī)一般直接接為二相，而功率大一點(diǎn)的電機(jī)，為了方便使用，般直接接為二相，而功率大一點(diǎn)的電機(jī)，為了方便使用，靈活改變電機(jī)的動態(tài)特點(diǎn)，往往將其外部接線為八根引線靈活改變電機(jī)的動態(tài)特點(diǎn)，往往將其外部接線為八根引線（四相），這樣使用時，既可以作四相電機(jī)使用，可以作（四相），這樣使用時，既可以作四相電機(jī)使用，可以作二相電機(jī)繞組串聯(lián)或并聯(lián)使用。二相電機(jī)繞組串聯(lián)或并聯(lián)使用。永磁感應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的工作原理永磁感應(yīng)

38、式步進(jìn)電機(jī)的工作原理 典型的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)如下圖所示，主要有三部典型的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)如下圖所示，主要有三部分組成。分組成。 步進(jìn)控制器步進(jìn)控制器由緩沖寄存器、環(huán)形分配器、控制邏輯由緩沖寄存器、環(huán)形分配器、控制邏輯、正反控制門等組成。、正反控制門等組成。 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理步進(jìn)控制器步進(jìn)控制器: :接收接收步進(jìn)脈沖步進(jìn)脈沖和和轉(zhuǎn)向控制轉(zhuǎn)向控制兩個輸入信號。在兩個輸入信號。在它們的共同作用下產(chǎn)生它們的共同作用下產(chǎn)生正確轉(zhuǎn)向的正確轉(zhuǎn)向的3 3相激勵信號相激勵信號。此激勵。此激勵信號經(jīng)過信號經(jīng)過功率放大器電路功率放大器電路送至步進(jìn)電機(jī)，從而控制步進(jìn)電送至步進(jìn)電機(jī)，從而控制步進(jìn)

39、電機(jī)向正確的方向轉(zhuǎn)動。機(jī)向正確的方向轉(zhuǎn)動。功率放大器功率放大器: :一般步進(jìn)控制器輸出的驅(qū)動能力是有限的，一般步進(jìn)控制器輸出的驅(qū)動能力是有限的，它不可能直接驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，而需要經(jīng)過一級功率放大。它不可能直接驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，而需要經(jīng)過一級功率放大。步進(jìn)控制器線路復(fù)雜、成本高步進(jìn)控制器線路復(fù)雜、成本高計算機(jī)控制系統(tǒng)：用軟件編程代替了步進(jìn)控制器，可靠、計算機(jī)控制系統(tǒng)：用軟件編程代替了步進(jìn)控制器，可靠、成本低、控制方便，應(yīng)用廣泛。成本低、控制方便，應(yīng)用廣泛。步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理 典型的典型的計算機(jī)計算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)原理系統(tǒng)如下圖所示原理系統(tǒng)如下圖所示 計算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)需

40、要解決的問題：計算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)需要解決的問題： 1 1）步進(jìn)電機(jī)與計算機(jī)的接口問題）步進(jìn)電機(jī)與計算機(jī)的接口問題 2 2）脈沖序列的產(chǎn)生）脈沖序列的產(chǎn)生 3 3）方向控制）方向控制 4 4）程序設(shè)計）程序設(shè)計步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理（1 1）步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電流比較大，驅(qū)動器可用大功率復(fù)）步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電流比較大，驅(qū)動器可用大功率復(fù)合管，也可以是專門的驅(qū)動器。合管，也可以是專門的驅(qū)動器。（2 2）為了抗干擾，或避免一旦驅(qū)動電路發(fā)生故障，造成）為了抗干擾，或避免一旦驅(qū)動電路發(fā)生故障，造成功率放大器中的高電平信號進(jìn)入微型機(jī)而燒毀器件，在功率放大器中的高電平信號進(jìn)入微型機(jī)而燒毀器件，在

41、驅(qū)動器與微型機(jī)之間加一級光電隔離器。驅(qū)動器與微型機(jī)之間加一級光電隔離器。（3 3）計算機(jī)的輸出接口只能驅(qū)動幾個標(biāo)準(zhǔn)的）計算機(jī)的輸出接口只能驅(qū)動幾個標(biāo)準(zhǔn)的LSTTLLSTTL，而被，而被控制的步進(jìn)電機(jī)要求高電壓和大電流，所以在輸出端口控制的步進(jìn)電機(jī)要求高電壓和大電流，所以在輸出端口之后要加之后要加7404/74067404/7406等驅(qū)動器，以便驅(qū)動脈沖功率放大等驅(qū)動器，以便驅(qū)動脈沖功率放大級的達(dá)林頓復(fù)合管，使電動機(jī)繞組的靜態(tài)電流達(dá)到級的達(dá)林頓復(fù)合管，使電動機(jī)繞組的靜態(tài)電流達(dá)到2A2A。（4 4） 集成驅(qū)動芯片，如集成驅(qū)動芯片，如STK672-040STK672-040、ULN2803AULN2

42、803A、UDN2916ULN2003DUDN2916ULN2003D等芯片，可用于驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。等芯片，可用于驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。ULN2803AULN2803A是是8 8路路NPNNPN達(dá)林頓連接晶體管系統(tǒng)，兼容達(dá)林頓連接晶體管系統(tǒng)，兼容TTLTTL電電平，輸出電流為平，輸出電流為500mA500mA，輸入電阻，輸入電阻27002700歐姆，驅(qū)動能力歐姆，驅(qū)動能力為為500 mA /5V500 mA /5V。步進(jìn)電機(jī)與計算機(jī)的接口問題步進(jìn)電機(jī)與計算機(jī)的接口問題接口電路示例：接口電路示例：步進(jìn)電機(jī)與計算機(jī)的接口問題步進(jìn)電機(jī)與計算機(jī)的接口問題大功率復(fù)合管，大功率復(fù)合管，起開關(guān)作用。起開關(guān)作用。為達(dá)林

43、頓管為達(dá)林頓管 脈沖序列如右圖所示脈沖序列如右圖所示 1 1）脈沖周期的實(shí)現(xiàn)）脈沖周期的實(shí)現(xiàn) 脈沖周期脈沖周期= =通電時間通電時間+ +斷電時間。斷電時間。 通電時通電時，計算機(jī)輸出高電平使開關(guān)閉合；，計算機(jī)輸出高電平使開關(guān)閉合；斷電時斷電時，計算，計算機(jī)輸出低電平使開關(guān)斷開。機(jī)輸出低電平使開關(guān)斷開。 通電和斷電時間的控制通電和斷電時間的控制，可以用定時器，也可以用軟件，可以用定時器，也可以用軟件延時。延時。 周期決定了步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速；占空比決定了功率周期決定了步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速；占空比決定了功率。 2 2）脈沖高度）脈沖高度 脈沖高度決定于元器件，對脈沖高度決定于元器件，對TTLTTL電平為電

44、平為0-5V0-5V，對，對CMOSCMOS電平一般為電平一般為0-10V0-10V。常用的接口電路多為常用的接口電路多為0-5V0-5V。脈沖序列的產(chǎn)生脈沖序列的產(chǎn)生 常用的步進(jìn)電機(jī)有三相、四相、五相、六相。常用的步進(jìn)電機(jī)有三相、四相、五相、六相。 旋轉(zhuǎn)方向與內(nèi)部繞組的旋轉(zhuǎn)方向與內(nèi)部繞組的通電順序通電順序有關(guān)。以三相步進(jìn)電機(jī)為例有關(guān)。以三相步進(jìn)電機(jī)為例 三相步進(jìn)電機(jī)有三種工作方式：三相步進(jìn)電機(jī)有三種工作方式： 1 1）單三拍）單三拍，通電順序為，通電順序為 ABC ABC 2 2）雙三拍）雙三拍，通電順序為，通電順序為 ABBCCA ABBCCA 3 3）單雙交替六拍）單雙交替六拍，通電順序

45、為，通電順序為 AABBBCCCAAABBBCCCA若按上述通電順序為正轉(zhuǎn)，則反向通電步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)若按上述通電順序為正轉(zhuǎn)，則反向通電步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。關(guān)于。關(guān)于四相、五相、六相步進(jìn)電機(jī)的通電方式與此相似，從略。四相、五相、六相步進(jìn)電機(jī)的通電方式與此相似，從略。方向控制方向控制三種控制模型三種控制模型1 1、三相單三拍、三相單三拍步步 序序控控 制制 位位通電狀態(tài)通電狀態(tài)控制數(shù)據(jù)控制數(shù)據(jù)PC2/C相相PC1/B相相PC0/A相相1001A01H2010B02H3100C04H步步 序序控控 制制 位位通電狀態(tài)通電狀態(tài)控制數(shù)據(jù)控制數(shù)據(jù)PC2/C相相PC1/B相相PC0/A相相1011AB03H2110

46、BC06H3101CA05H2、三相雙三拍、三相雙三拍方向控制方向控制步步 序序控控 制制 位位通電狀態(tài)通電狀態(tài)控制數(shù)據(jù)控制數(shù)據(jù)PC2/C相相PC1/B相相PC0/A相相1001A01H2011AB03H3010B02H4110BC06H5100C04H6101CA05H3、三相六拍、三相六拍方向控制方向控制步進(jìn)電機(jī)程序設(shè)計步進(jìn)電機(jī)程序設(shè)計步進(jìn)電機(jī)程序設(shè)計的步進(jìn)電機(jī)程序設(shè)計的主要任務(wù)主要任務(wù)是：是：1 1）判斷旋轉(zhuǎn)方向；）判斷旋轉(zhuǎn)方向；2 2）按）按順序傳送控制脈沖；順序傳送控制脈沖；3 3）判斷所要求的控制步數(shù)是否傳送完）判斷所要求的控制步數(shù)是否傳送完畢。畢。在步進(jìn)電機(jī)程序設(shè)計之前，需要做的

47、在步進(jìn)電機(jī)程序設(shè)計之前，需要做的準(zhǔn)備工作準(zhǔn)備工作有：計算步數(shù)、有：計算步數(shù)、確定延時時間（脈沖通電時間）、確定控制模型、以及判斷確定延時時間（脈沖通電時間）、確定控制模型、以及判斷轉(zhuǎn)動方向。轉(zhuǎn)動方向。步進(jìn)電機(jī)設(shè)計的主要任務(wù)就是，按照順序傳送控制模型，判步進(jìn)電機(jī)設(shè)計的主要任務(wù)就是，按照順序傳送控制模型，判斷所要求的控制步數(shù)是否傳送完畢。斷所要求的控制步數(shù)是否傳送完畢。 為四相步進(jìn)電機(jī)為四相步進(jìn)電機(jī) 其控制設(shè)計為四其控制設(shè)計為四相雙四拍相雙四拍 Dx=1Dx=1時對應(yīng)繞組時對應(yīng)繞組通電通電D0 D1 D2 D3BABBBCBDABCDL0L1L2L3應(yīng)用示例應(yīng)用示例通電順序為：通電順序為： ABB

48、CCD DAABBCCD DA步步序序控控 制制 位位通電狀通電狀態(tài)態(tài)控制數(shù)控制數(shù)據(jù)據(jù)D3/D相相D2/C相相D1/B相相D0/A相相10011AB03H20110BC06H31100CD0CH41001DA09H四相四拍控制設(shè)計表四相四拍控制設(shè)計表應(yīng)用示例應(yīng)用示例開開 始始讀取開關(guān)讀取開關(guān)K1狀態(tài)狀態(tài)高電平嗎？高電平嗎？從從D0D1輸出高電平輸出高電平其余位輸出低電平其余位輸出低電平延延 時時從從D1D2輸出高電平輸出高電平其余位輸出低電平其余位輸出低電平延延 時時從從D2D3輸出高電平輸出高電平其余位輸出低電平其余位輸出低電平延延 時時從從D3D0輸出高電平輸出高電平其余位輸出低電平其余位

49、輸出低電平延延 時時從從D3D2輸出高電平輸出高電平其余位輸出低電平其余位輸出低電平延延 時時從從D2D1輸出高電平輸出高電平其余位輸出低電平其余位輸出低電平延延 時時從從D1D0輸出高電平輸出高電平其余位輸出低電平其余位輸出低電平延延 時時從從D0D3輸出高電平輸出高電平其余位輸出低電平其余位輸出低電平延延 時時正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)Y反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)N應(yīng)用示例應(yīng)用示例步進(jìn)電機(jī)步數(shù)及速度的計算方法步進(jìn)電機(jī)步數(shù)及速度的計算方法 對步進(jìn)電機(jī)的控制，對步進(jìn)電機(jī)的控制，步數(shù)控制步數(shù)控制的目的是精確地到達(dá)指的目的是精確地到達(dá)指定的位置；定的位置；速度速度的控制是通過單位時間的步數(shù)實(shí)現(xiàn)的，的控制是通過單位時間的步數(shù)實(shí)現(xiàn)的，主

50、要是主要是計算相鄰兩個脈沖之間的時間。計算相鄰兩個脈沖之間的時間。 1 1、步進(jìn)電機(jī)步數(shù)的確定：由給出的轉(zhuǎn)角或位移量，計算、步進(jìn)電機(jī)步數(shù)的確定：由給出的轉(zhuǎn)角或位移量，計算出步數(shù)。出步數(shù)。 1 1）轉(zhuǎn)角與步數(shù)的關(guān)系）轉(zhuǎn)角與步數(shù)的關(guān)系 如：用步進(jìn)電機(jī)帶動一個能夠旋轉(zhuǎn)如：用步進(jìn)電機(jī)帶動一個能夠旋轉(zhuǎn)1010圈的電位器來調(diào)圈的電位器來調(diào)整電壓，假定調(diào)節(jié)范圍是整電壓，假定調(diào)節(jié)范圍是0-10V0-10V，現(xiàn)在要求把電壓從，現(xiàn)在要求把電壓從2V2V升到升到2.1V2.1V，計算旋轉(zhuǎn)的步數(shù)，計算旋轉(zhuǎn)的步數(shù)N N。 先計算需要轉(zhuǎn)過的角度先計算需要轉(zhuǎn)過的角度X X X=X=（2.12.12 2）* *（360360

51、* *1010）1010）3636 若用三相三拍方式控制，其步距角為若用三相三拍方式控制，其步距角為3 3，所以，所以步數(shù)步數(shù)N N為為 N=36/3=12N=36/3=12（步）（步）括號內(nèi)為每括號內(nèi)為每1伏電伏電壓轉(zhuǎn)過的角度壓轉(zhuǎn)過的角度2 2）同理可以求出位移量與步數(shù)之間的關(guān)系）同理可以求出位移量與步數(shù)之間的關(guān)系先計算每轉(zhuǎn)一圈的位移量，再計算每一步的位移量，最后算先計算每轉(zhuǎn)一圈的位移量，再計算每一步的位移量，最后算總步數(shù)。總步數(shù)。2 2、步進(jìn)電機(jī)速度的確定、步進(jìn)電機(jī)速度的確定 步進(jìn)電機(jī)速度控制的方法步進(jìn)電機(jī)速度控制的方法就是控制脈沖之間的時間間隔就是控制脈沖之間的時間間隔。只要速度給定，便

52、可計算。只要速度給定，便可計算出脈沖之間的時間間隔。出脈沖之間的時間間隔。 如要求步進(jìn)電機(jī)如要求步進(jìn)電機(jī)2 2秒鐘轉(zhuǎn)秒鐘轉(zhuǎn)1010圈圈，則，則每一步需要的時間每一步需要的時間T T為為 T T每圈時間每圈的步數(shù)每圈時間每圈的步數(shù) （2000ms/102000ms/10）（）（N N* *ZrZr） 200ms200ms（3 3* *2 2* *4040） 833s833s只要在輸出一個脈沖后延時只要在輸出一個脈沖后延時833s833s，即可滿足速度之要求。，即可滿足速度之要求。 括號內(nèi)為每括號內(nèi)為每一圈的步數(shù)一圈的步數(shù)N=Mc*C三相六拍三相六拍步進(jìn)電機(jī)步數(shù)及速度的計算方法步進(jìn)電機(jī)步數(shù)及速度的

53、計算方法步進(jìn)電機(jī)的變速控制步進(jìn)電機(jī)的變速控制 1 1）必須要變速運(yùn)行）必須要變速運(yùn)行 步進(jìn)電機(jī)在步進(jìn)電機(jī)在啟動和停止過程時的速度應(yīng)該比正常運(yùn)轉(zhuǎn)時的速度低啟動和停止過程時的速度應(yīng)該比正常運(yùn)轉(zhuǎn)時的速度低，特別是剛啟動和最后停下來時，速度應(yīng)該更低，否則由于慣性步進(jìn)，特別是剛啟動和最后停下來時，速度應(yīng)該更低，否則由于慣性步進(jìn)電機(jī)會出現(xiàn)電機(jī)會出現(xiàn)“失步失步”（多走了步或少走了步），失去其精確性。（多走了步或少走了步），失去其精確性。 為確保步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的精確性和快速，為確保步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的精確性和快速，必須變速運(yùn)行必須變速運(yùn)行。 2 2）變速原理）變速原理 在在啟動過程啟動過程脈沖周期由長（頻率低）脈沖周

54、期由長（頻率低）變短，變短，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速緩慢上升使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速緩慢上升到正常運(yùn)到正常運(yùn)轉(zhuǎn)時的速度；在轉(zhuǎn)時的速度；在停止過程停止過程脈沖周期由短變脈沖周期由短變長，長，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速從正常轉(zhuǎn)速從正常轉(zhuǎn)速緩慢下降緩慢下降至至0 0 。變化時間約變化時間約0.1-1s0.1-1s。正常運(yùn)轉(zhuǎn)時。正常運(yùn)轉(zhuǎn)時脈沖周期要短（頻率高）脈沖周期要短（頻率高） ，速度要高。，速度要高。 右圖為變速運(yùn)行控制脈沖頻率變化曲右圖為變速運(yùn)行控制脈沖頻率變化曲線。線。1 1、變速方法之一、變速方法之一-改變控制方式改變控制方式 如在三相步進(jìn)電機(jī)中，啟動或停止時，用三相六拍如在三相步進(jìn)電機(jī)中，啟動或停止時，用

55、三相六拍控制，大約經(jīng)過控制，大約經(jīng)過0.1s0.1s后改為三相三拍控制。后改為三相三拍控制。2 2、變速方法之二、變速方法之二-改變脈沖時間間隔控制改變脈沖時間間隔控制 剛啟動時脈沖間隔長，啟動過程脈沖間隔均勻變短剛啟動時脈沖間隔長，啟動過程脈沖間隔均勻變短，直到速度達(dá)正常值；停止時，在停止過程脈沖間隔均，直到速度達(dá)正常值；停止時，在停止過程脈沖間隔均勻變短，直到停止。勻變短，直到停止。3 3、變速方法之三、變速方法之三-用定時器改變脈沖時間間隔控制用定時器改變脈沖時間間隔控制 如用如用82538253定時，啟動時，初值不斷減小，使脈沖頻定時，啟動時，初值不斷減小，使脈沖頻率不斷增加；停止時，

56、初值不斷增大，使脈沖頻率不斷率不斷增加；停止時，初值不斷增大，使脈沖頻率不斷降低。降低。步進(jìn)電機(jī)的變速控制步進(jìn)電機(jī)的變速控制28BYJ4828BYJ48步進(jìn)電機(jī)為五線四相八拍步進(jìn)電機(jī)，其原理步進(jìn)電機(jī)為五線四相八拍步進(jìn)電機(jī)，其原理如下如下圖所示。圖所示。 28BYJ4828BYJ48原理圖原理圖 其中，其中，6 6線為紅色，為電源引腳；線為紅色，為電源引腳； 4 4、3 3、2 2、1 1線分別為橙、黃、粉、和藍(lán)色。線分別為橙、黃、粉、和藍(lán)色。28BYJ4828BYJ48步進(jìn)電機(jī)采用單相激勵，通電方式可采用單相繞步進(jìn)電機(jī)采用單相激勵，通電方式可采用單相繞組通電，也可采用雙相繞組通電。組通電，也可

57、采用雙相繞組通電。28BYJ4828BYJ48步進(jìn)電機(jī)的控制步進(jìn)電機(jī)的控制 這里簡要介紹永磁感應(yīng)電機(jī)的驅(qū)動方式。根據(jù)繞組這里簡要介紹永磁感應(yīng)電機(jī)的驅(qū)動方式。根據(jù)繞組的通電方式，有的通電方式，有單相繞組單相繞組和和雙相繞組雙相繞組通電激勵，有通電激勵，有單極單極性繞組和雙極性繞組性繞組和雙極性繞組之分。之分。單相激勵單相激勵是每次只有一相繞組通電；是每次只有一相繞組通電；雙相激勵雙相激勵指兩相繞組一直通電，一次只能轉(zhuǎn)換一相的極指兩相繞組一直通電，一次只能轉(zhuǎn)換一相的極性。性。單極性繞組單極性繞組是指一個電極上有是指一個電極上有2 2個繞組，當(dāng)一個繞組通電個繞組，當(dāng)一個繞組通電時，產(chǎn)生北磁極，另一個繞組通電時產(chǎn)生南極磁場。從時，產(chǎn)生北磁極，另一個繞組通電時產(chǎn)生南極磁場。從驅(qū)動器到線圈電流不會反向。驅(qū)動器到線圈電流不會反向。