步进电(dian)机驱(qu)动(dong)器-步进电(dian)机驱(qu)动(dong)器工作(zuo)原(yuan)理及设计电(dian)路图解析-KIA MOS管
信息来源：本站(zhan) 日(ri)期：2018-06-04
步(bu)进(jin)电(dian)机(ji)(ji)驱(qu)动(dong)(dong)(dong)器电(dian)路设(she)计(ji)解析步(bu)进(jin)电(dian)机(ji)(ji)在控制(zhi)系(xi)统中具有(you)普(pu)(pu)遍的(de)应(ying)用(yong)(yong)。它能够把脉冲信号转换成角(jiao)位移(yi)，并且可用(yong)(yong)作电(dian)磁(ci)制(zhi)动(dong)(dong)(dong)轮、电(dian)磁(ci)差分器、或(huo)角(jiao)位移(yi)发作器等(deng)。有(you)时从一些旧设(she)备上(shang)拆下的(de)步(bu)进(jin)电(dian)机(ji)(ji)（这种(zhong)电(dian)机(ji)(ji)普(pu)(pu)通没有(you)损坏）要改(gai)作它用(yong)(yong)，普(pu)(pu)通需本人设(she)计(ji)驱(qu)动(dong)(dong)(dong)器。
步进(jin)(jin)电机(ji)驱动器的工作原(yuan)理(li)该步进(jin)(jin)电机(ji)为一四(si)(si)相(xiang)(xiang)步进(jin)(jin)电机(ji)，采用单(dan)极(ji)性(xing)直流电源供电。只需对(dui)步进(jin)(jin)电机(ji)的各相(xiang)(xiang)绕组按(an)适宜的时序(xu)通电，就能使步进(jin)(jin)电机(ji)步进(jin)(jin)转动。图1是该四(si)(si)相(xiang)(xiang)反响(xiang)式步进(jin)(jin)电机(ji)工作原(yuan)理(li)表示(shi)图。
开(kai)端时(shi)，开(kai)关SB接通电源，SA、SC、SD断开(kai)，B相磁(ci)极(ji)和(he)(he)转子0、3号齿(chi)(chi)对齐(qi)，同时(shi)，转子的1、4号齿(chi)(chi)就和(he)(he)C、D相绕(rao)组磁(ci)极(ji)产生错齿(chi)(chi)，2、5号齿(chi)(chi)就和(he)(he)D、A相绕(rao)组磁(ci)极(ji)产生错齿(chi)(chi)。
当开(kai)关SC接通(tong)电(dian)(dian)源，SB、SA、SD断开(kai)时(shi)，由于C相(xiang)(xiang)绕组(zu)的(de)磁力线(xian)和(he)1、4号(hao)(hao)(hao)齿之间磁力线(xian)的(de)作用，使转(zhuan)子(zi)转(zhuan)动，1、4号(hao)(hao)(hao)齿和(he)C相(xiang)(xiang)绕组(zu)的(de)磁极对齐。而0、3号(hao)(hao)(hao)齿和(he)A、B相(xiang)(xiang)绕组(zu)产生错(cuo)(cuo)齿，2、5号(hao)(hao)(hao)齿就和(he)A、D相(xiang)(xiang)绕组(zu)磁极产生错(cuo)(cuo)齿。依次(ci)类推，A、B、C、D四相(xiang)(xiang)绕组(zu)轮番供电(dian)(dian)，则转(zhuan)子(zi)会沿(yan)着A、B、C、D方向转(zhuan)动。
四(si)(si)相步进电(dian)机驱动器依照通(tong)电(dian)次第的不同，可分为(wei)单四(si)(si)拍(pai)、双四(si)(si)拍(pai)、八拍(pai)三种工(gong)(gong)作(zuo)方式(shi)。单四(si)(si)拍(pai)与双四(si)(si)拍(pai)的步距(ju)角相等，但单四(si)(si)拍(pai)的转动力矩小。八拍(pai)工(gong)(gong)作(zuo)方式(shi)的步距(ju)角是(shi)单四(si)(si)拍(pai)与双四(si)(si)拍(pai)的一(yi)半，因(yin)而，八拍(pai)工(gong)(gong)作(zuo)方式(shi)既(ji)能够坚持较(jiao)高(gao)的转动力矩又能够进步控(kong)制(zhi)精度。
单四(si)(si)拍(pai)(pai)、双(shuang)四(si)(si)拍(pai)(pai)与(yu)八拍(pai)(pai)工作(zuo)方式的(de)电(dian)源通电(dian)时(shi)序与(yu)波形分(fen)别如图2.a、b、c所(suo)示(shi)：
AT89C2051将控(kong)制(zhi)脉冲从P1口的P1.4～P1.7输(shu)出(chu)，经(jing)74LS14反相(xiang)后进(jin)入9014，经(jing)9014放(fang)大后控(kong)制(zhi)光(guang)电(dian)开(kai)关，光(guang)电(dian)隔(ge)离后，由功(gong)率管TIP122将脉冲信号停(ting)止(zhi)电(dian)压和(he)电(dian)放(fang)逐大，驱动步(bu)进(jin)电(dian)机(ji)的各(ge)相(xiang)绕组(zu)。
使步(bu)(bu)进(jin)电机随着不同(tong)的(de)脉(mai)冲信号(hao)分别(bie)作正转、反(fan)转、加速、减(jian)速和中止等动作。图中L1为步(bu)(bu)进(jin)电机的(de)一相(xiang)绕组。AT89C2051选用(yong)频率22MHz的(de)晶振(zhen)，选用(yong)较高晶振(zhen)的(de)目(mu)的(de)是为了(le)在方式2下尽量减(jian)小(xiao)AT89C2051对上位机脉(mai)冲信号(hao)周(zhou)期的(de)影响(xiang)。
图3中的RL1～RL4为绕(rao)组(zu)(zu)内阻(zu)，50Ω电阻(zu)是(shi)一(yi)外接电阻(zu)，起限(xian)流作用，也是(shi)一(yi)个改善回路时(shi)间常数(shu)的元件(jian)。D1～D4为续流二极管(guan)(guan)，使电机绕(rao)组(zu)(zu)产生的反电动势经过(guo)续流二极管(guan)(guan)（D1～D4）而(er)(er)衰减掉，从而(er)(er)维护了功(gong)率管(guan)(guan)TIP122不受损(sun)坏(huai)。
在50Ω外接电(dian)(dian)阻上并联(lian)一(yi)个200μF电(dian)(dian)容(rong)，能(neng)够改(gai)善注入步进电(dian)(dian)机(ji)绕组(zu)的(de)电(dian)(dian)流脉冲(chong)(chong)前沿(yan)，进步了步进电(dian)(dian)机(ji)的(de)高频性能(neng)。与续流二(er)极(ji)管串(chuan)联(lian)的(de)200Ω电(dian)(dian)阻可(ke)减小回路的(de)放(fang)电(dian)(dian)时(shi)间常(chang)数(shu)，使(shi)绕组(zu)中电(dian)(dian)流脉冲(chong)(chong)的(de)后沿(yan)变(bian)陡(dou)，电(dian)(dian)流降落时(shi)间变(bian)小，也(ye)起到(dao)进步高频工作性能(neng)的(de)作用。
该驱(qu)动器依据拨码开(kai)关(guan)KX、KY的不(bu)同组合有三种工作方式供选择：
方式(shi)1为(wei)中缀方式(shi)：P3.5（INT1）为(wei)步进脉冲输入(ru)端，P3.7为(wei)正反转脉冲输入(ru)端。上位(wei)机（PC机或单片机）与驱动器(qi)仅以(yi)2条线相连(lian)。
方(fang)式2为串行通讯方(fang)式：上(shang)位机（PC机或单片(pian)机）将(jiang)控制命令发送(song)给驱(qu)动器(qi)，驱(qu)动器(qi)依据(ju)控制命令自行完成(cheng)有关(guan)控制过程(cheng)。
方(fang)式(shi)3为拨码开关控制方(fang)式(shi)：经过K1～K5的不同组合，直接控制步(bu)进电机。
当上电(dian)或按(an)下复位(wei)键KR后(hou)，AT89C2051先检(jian)测拨码开关(guan)KX、KY的(de)状态，依据KX、KY 的(de)不同组合(he)，进入不同的(de)工(gong)作(zuo)方(fang)式。以下给(ji)出(chu)方(fang)式1的(de)程序流程框图(tu)与(yu)源程序。
在程序的编制中，要特别留意(yi)步进(jin)电机(ji)在换(huan)向时的处置(zhi)(zhi)。为使步进(jin)电机(ji)驱动器(qi)在换(huan)向时能(neng)平滑过渡，不至于产生错步，应在每一步中设置(zhi)(zhi)标(biao)志(zhi)(zhi)位(wei)。其中20H单元的各位(wei)为步进(jin)电机(ji)正(zheng)转标(biao)志(zhi)(zhi)位(wei);21H单元各位(wei)为反转标(biao)志(zhi)(zhi)位(wei)。
在正(zheng)(zheng)转(zhuan)(zhuan)时(shi)(shi)，不只(zhi)给正(zheng)(zheng)转(zhuan)(zhuan)标志位赋值，也同时(shi)(shi)给反转(zhuan)(zhuan)标志位赋值;在反转(zhuan)(zhuan)时(shi)(shi)也如此。这样(yang)，当(dang)步(bu)进电机(ji)换向(xiang)时(shi)(shi)，就能(neng)够上一次的(de)位置作为起点(dian)反向(xiang)运动，防止了电机(ji)换向(xiang)时(shi)(shi)产生错步(bu)。
为了对步(bu)进(jin)电(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)的相电(dian)(dian)(dian)流停止控制，从而到达(da)细(xi)分步(bu)进(jin)电(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)步(bu)距角的目的，人(ren)们曾设计(ji)(ji)了很多种步(bu)进(jin)电(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)的细(xi)分驱(qu)动电(dian)(dian)(dian)路(lu)。随着微(wei)型计(ji)(ji)算(suan)机(ji)(ji)的开展，特别(bie)是单片计(ji)(ji)算(suan)机(ji)(ji)的呈现，为步(bu)进(jin)电(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)驱(qu)动器(qi)的细(xi)分驱(qu)动带来了便利。
目(mu)前(qian)，步(bu)(bu)进电(dian)(dian)机细分(fen)驱动电(dian)(dian)路(lu)(lu)大(da)多数都采(cai)用(yong)单片微机控制(zhi)。单片机依据(ju)请求的(de)(de)步(bu)(bu)距角计算出各(ge)(ge)相(xiang)绕组(zu)中(zhong)(zhong)经过的(de)(de)电(dian)(dian)流值，并(bing)输出到(dao)数模(mo)转换器（DPA） 中(zhong)(zhong)，由DPA 把数字量转换为相(xiang)应(ying)(ying)的(de)(de)模(mo)仿电(dian)(dian)压，经过环形(xing)分(fen)配器加到(dao)各(ge)(ge)相(xiang)的(de)(de)功放电(dian)(dian)路(lu)(lu)上，控制(zhi)功放电(dian)(dian)路(lu)(lu)给各(ge)(ge)相(xiang)绕组(zu)通以相(xiang)应(ying)(ying)的(de)(de)电(dian)(dian)流，来完成步(bu)(bu)进电(dian)(dian)机的(de)(de)细分(fen)。
单片机(ji)控制的步(bu)进(jin)电机(ji)细分驱动电路依据末级(ji)功放管的工(gong)作状(zhuang)态可分为放大型和(he)开关型两种（见下图(tu)5）。
步(bu)进电机驱(qu)动器的概(gai)述
步(bu)进电(dian)机(ji)(ji)(ji)驱动(dong)器(qi)是将电(dian)脉冲信(xin)号转(zhuan)变(bian)为角位移(yi)或线(xian)位移(yi)的(de)(de)(de)(de)(de)开环控(kong)制元步(bu)进电(dian)机(ji)(ji)(ji)件(jian)。在非超载的(de)(de)(de)(de)(de)情况下，电(dian)机(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)转(zhuan)速(su)(su)(su)、停止(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)位置只取决于脉冲信(xin)号的(de)(de)(de)(de)(de)频率和脉冲数(shu)(shu)，而不(bu)受负(fu)载变(bian)化的(de)(de)(de)(de)(de)影响，当步(bu)进驱动(dong)器(qi)接收到一(yi)个脉冲信(xin)号，它就驱动(dong)步(bu)进电(dian)机(ji)(ji)(ji)按(an)设定的(de)(de)(de)(de)(de)方向转(zhuan)动(dong)一(yi)个固(gu)定的(de)(de)(de)(de)(de)角度(du)(du)，称(cheng)为“步(bu)距角”，它的(de)(de)(de)(de)(de)旋转(zhuan)是以固(gu)定的(de)(de)(de)(de)(de)角度(du)(du)一(yi)步(bu)一(yi)步(bu)运行的(de)(de)(de)(de)(de)。可(ke)以通过控(kong)制脉冲个数(shu)(shu)来(lai)控(kong)制角位移(yi)量，从而达到准确定位的(de)(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)(de)；同时可(ke)以通过控(kong)制脉冲频率来(lai)控(kong)制电(dian)机(ji)(ji)(ji)转(zhuan)动(dong)的(de)(de)(de)(de)(de)速(su)(su)(su)度(du)(du)和加速(su)(su)(su)度(du)(du)，从而达到调(diao)速(su)(su)(su)的(de)(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)(de)。
步(bu)(bu)进(jin)(jin)电(dian)(dian)(dian)(dian)机(ji)是(shi)一种感应电(dian)(dian)(dian)(dian)机(ji)，它的工作(zuo)原理(li)是(shi)利用电(dian)(dian)(dian)(dian)子电(dian)(dian)(dian)(dian)路，将直流(liu)(liu)电(dian)(dian)(dian)(dian)变(bian)成分(fen)时供电(dian)(dian)(dian)(dian)的，多(duo)相(xiang)时序(xu)控制电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)，用这种电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)为(wei)步(bu)(bu)进(jin)(jin)电(dian)(dian)(dian)(dian)机(ji)供电(dian)(dian)(dian)(dian)，步(bu)(bu)进(jin)(jin)电(dian)(dian)(dian)(dian)机(ji)才能正常工作(zuo)，驱动器就是(shi)为(wei)步(bu)(bu)进(jin)(jin)电(dian)(dian)(dian)(dian)机(ji)分(fen)时供电(dian)(dian)(dian)(dian)的，多(duo)相(xiang)时序(xu)控制器。
虽然步进(jin)(jin)电(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)已被广泛地(di)应用(yong)，但步进(jin)(jin)电(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)并不能像普(pu)通的直流电(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)，交流电(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)在(zai)常规下(xia)使(shi)(shi)用(yong)。它必须由双环形脉冲信(xin)号、功率驱(qu)动电(dian)(dian)(dian)路等组成控(kong)制系统方可使(shi)(shi)用(yong)。因此用(yong)好(hao)步进(jin)(jin)电(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)却非易事，它涉及到机(ji)(ji)(ji)械、电(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)、电(dian)(dian)(dian)子及计算机(ji)(ji)(ji)等许多专(zhuan)业知识。步进(jin)(jin)电(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)作为执行元件，是机(ji)(ji)(ji)电(dian)(dian)(dian)一(yi)体化的关键产品之一(yi)，广泛应用(yong)在(zai)各种自动化控(kong)制系统中。随着微(wei)电(dian)(dian)(dian)子和计算机(ji)(ji)(ji)技术的发展，步进(jin)(jin)电(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)驱(qu)动器(qi)的需求量(liang)与日(ri)俱增，在(zai)各个国民经济(ji)领域都有应用(yong)。
步(bu)进电机在构造上有三种主要类型：反应(ying)式（Variable Reluctance，VR）、永磁式（Permanent Magnet,PM）和(he)混合式（Hybrid Stepping,HS）。
反应(ying)式：定(ding)子上有绕组、转子由软磁材料(liao)组成。结构简单、成本低、步距角小，可达(da)1.2°、但动态(tai)性能差、效率低、发热大，可靠性难(nan)保证(zheng)。
永磁式：永磁式步(bu)进(jin)电机驱(qu)动器的(de)转子(zi)用永磁材料(liao)制成，转子(zi)的(de)极数与(yu)定子(zi)的(de)极数相同。其特(te)点是动态性能好、输(shu)出力矩大，但(dan)这种电机精度差(cha)，步(bu)矩角大（一(yi)般(ban)为7.5°或15°）。
混(hun)合式(shi)：混(hun)合式(shi)步(bu)进电机综合了反应(ying)式(shi)和(he)永磁(ci)式(shi)的(de)优(you)点，其定子(zi)(zi)上有多相绕组、转子(zi)(zi)上采(cai)用永磁(ci)材料，转子(zi)(zi)和(he)定子(zi)(zi)上均有多个小齿以提高步(bu)矩(ju)精(jing)度(du)。其特点是输出力矩(ju)大、动态性能好，步(bu)距角小，但结构(gou)复杂、成本相对较高。
按(an)定子上绕组来分，共(gong)有二(er)相(xiang)(xiang)、三相(xiang)(xiang)和(he)五相(xiang)(xiang)等系(xi)列。最受欢迎的是(shi)两相(xiang)(xiang)混合式步进(jin)电(dian)机(ji)，约(yue)占(zhan)97%以(yi)上的市场份额，其原(yuan)因是(shi)性价比高，配(pei)上细(xi)分驱(qu)动(dong)器(qi)后(hou)效(xiao)果良好(hao)。该(gai)种电(dian)机(ji)的基本步距角为1.8°/步，配(pei)上半步驱(qu)动(dong)器(qi)后(hou)，步距角减少为0.9°，配(pei)上细(xi)分驱(qu)动(dong)器(qi)后(hou)其步距角可(ke)细(xi)分达256倍（0.007°/微步）。由于(yu)摩(mo)擦力和(he)制(zhi)(zhi)造精度等原(yuan)因，实际控制(zhi)(zhi)精度略(lve)低。同(tong)一步进(jin)电(dian)机(ji)驱(qu)动(dong)器(qi)可(ke)配(pei)不同(tong)细(xi)分的驱(qu)动(dong)器(qi)以(yi)改变精度和(he)效(xiao)果。
判(pan)断(duan)需多大(da)(da)力(li)矩(ju)：静扭矩(ju)是选择(ze)步进电机驱(qu)动器的主要参数之一(yi)。负(fu)载大(da)(da)时，需采用大(da)(da)力(li)矩(ju)电机。力(li)矩(ju)指标大(da)(da)时，电机外(wai)形也(ye)大(da)(da)。
判断电(dian)机(ji)运转(zhuan)(zhuan)速(su)度：转(zhuan)(zhuan)速(su)要求(qiu)高时，应选(xuan)相电(dian)流较(jiao)(jiao)大、电(dian)感较(jiao)(jiao)小的(de)电(dian)机(ji)，以(yi)增(zeng)加功率输入。且在选(xuan)择驱动器时采用较(jiao)(jiao)高供电(dian)电(dian)压。
选择电(dian)机(ji)的安装规格：如57、86、110等，主要(yao)与力矩要(yao)求有关。
确(que)定定位精度和振动方面的要(yao)求情况：判断(duan)是否(fou)需细(xi)分，需多少细(xi)分。
根据(ju)电(dian)(dian)机的(de)电(dian)(dian)流、细分和供电(dian)(dian)电(dian)(dian)压选择驱动器。
通(tong)常电机(ji)的(de)(de)转(zhuan)(zhuan)(zhuan)子为永(yong)磁(ci)体(ti)，当(dang)(dang)电流(liu)流(liu)过定(ding)子绕组(zu)(zu)时，定(ding)子绕组(zu)(zu)产生一(yi)矢量(liang)(liang)磁(ci)场(chang)。该(gai)磁(ci)场(chang)会带动(dong)(dong)转(zhuan)(zhuan)(zhuan)子旋转(zhuan)(zhuan)(zhuan)一(yi)角(jiao)度，使得转(zhuan)(zhuan)(zhuan)子的(de)(de)一(yi)对磁(ci)场(chang)方向与定(ding)子的(de)(de)磁(ci)场(chang)方向一(yi)致。当(dang)(dang)定(ding)子的(de)(de)矢量(liang)(liang)磁(ci)场(chang)旋转(zhuan)(zhuan)(zhuan)一(yi)个角(jiao)度。转(zhuan)(zhuan)(zhuan)子也随(sui)着该(gai)磁(ci)场(chang)转(zhuan)(zhuan)(zhuan)一(yi)个角(jiao)度。每输(shu)入一(yi)个电脉冲(chong)，电动(dong)(dong)机(ji)转(zhuan)(zhuan)(zhuan)动(dong)(dong)一(yi)个角(jiao)度前进(jin)一(yi)步。它输(shu)出的(de)(de)角(jiao)位移(yi)与输(shu)入的(de)(de)脉冲(chong)数成正比、转(zhuan)(zhuan)(zhuan)速与脉冲(chong)频率(lv)成正比。改变(bian)绕组(zu)(zu)通(tong)电的(de)(de)顺序(xu)，电机(ji)就会反转(zhuan)(zhuan)(zhuan)。所以(yi)可用控(kong)制脉冲(chong)数量(liang)(liang)、频率(lv)及电动(dong)(dong)机(ji)各相(xiang)绕组(zu)(zu)的(de)(de)通(tong)电顺序(xu)来控(kong)制步进(jin)电机(ji)的(de)(de)转(zhuan)(zhuan)(zhuan)动(dong)(dong)。
通(tong)常见(jian)到(dao)的各类电(dian)机(ji)(ji)，内(nei)部都(dou)是有(you)铁芯(xin)和绕(rao)(rao)组线圈(quan)的。绕(rao)(rao)组有(you)电(dian)阻，通(tong)电(dian)会(hui)(hui)(hui)(hui)产生(sheng)(sheng)(sheng)损(sun)耗，损(sun)耗大小(xiao)与电(dian)阻和电(dian)流(liu)的平方(fang)成正比(bi)(bi)，这就是我们常说(shuo)的铜(tong)损(sun)，如果(guo)电(dian)流(liu)不是标准(zhun)的直流(liu)或正弦波(bo)，还会(hui)(hui)(hui)(hui)产生(sheng)(sheng)(sheng)谐波(bo)损(sun)耗；铁心有(you)磁滞涡流(liu)效应(ying)，在交变(bian)磁场(chang)中也会(hui)(hui)(hui)(hui)产生(sheng)(sheng)(sheng)损(sun)耗，其(qi)大小(xiao)与材料(liao)，电(dian)流(liu)，频(pin)率(lv)，电(dian)压有(you)关，这叫铁损(sun)。铜(tong)损(sun)和铁损(sun)都(dou)会(hui)(hui)(hui)(hui)以(yi)发热的形(xing)式表现出来，从(cong)而(er)影响(xiang)电(dian)机(ji)(ji)的效率(lv)。步进(jin)电(dian)机(ji)(ji)一般追求定位精度和力矩(ju)输出，效率(lv)比(bi)(bi)较低，电(dian)流(liu)一般比(bi)(bi)较大，且谐波(bo)成分(fen)高，电(dian)流(liu)交变(bian)的频(pin)率(lv)也随转速而(er)变(bian)化，因而(er)步进(jin)电(dian)机(ji)(ji)普(pu)遍存(cun)在发热情况(kuang)，且情况(kuang)比(bi)(bi)一般交流(liu)电(dian)机(ji)(ji)严重。
步(bu)(bu)进(jin)电(dian)(dian)机(ji)(ji)也叫步(bu)(bu)进(jin)器，它利(li)用(yong)电(dian)(dian)磁(ci)(ci)学原理，将电(dian)(dian)能(neng)(neng)转换(huan)为机(ji)(ji)械(xie)能(neng)(neng)，人们(men)早在(zai)20世纪20年代(dai)就开始使用(yong)这种电(dian)(dian)机(ji)(ji)。随着嵌入(ru)式系统(例如(ru)打印机(ji)(ji)、磁(ci)(ci)盘(pan)驱(qu)动(dong)(dong)器、玩具、雨刷(shua)、震动(dong)(dong)寻呼机(ji)(ji)、机(ji)(ji)械(xie)手(shou)臂和(he)录像(xiang)机(ji)(ji)等)的(de)(de)(de)日益(yi)流(liu)行(xing)，步(bu)(bu)进(jin)电(dian)(dian)机(ji)(ji)的(de)(de)(de)使用(yong)也开始暴增(zeng)。不论在(zai)工业(ye)(ye)、军事、医疗(liao)、汽车还是娱(yu)乐业(ye)(ye)中，只(zhi)要需要把某件(jian)物(wu)体从一(yi)(yi)个位置移(yi)动(dong)(dong)到(dao)另一(yi)(yi)个位置，步(bu)(bu)进(jin)电(dian)(dian)机(ji)(ji)就一(yi)(yi)定能(neng)(neng)派上用(yong)场。步(bu)(bu)进(jin)电(dian)(dian)机(ji)(ji)有(you)许多种形状(zhuang)(zhuang)和(he)尺寸，但不论形状(zhuang)(zhuang)和(he)尺寸如(ru)何，它们(men)都可(ke)(ke)以归为两类：可(ke)(ke)变磁(ci)(ci)阻步(bu)(bu)进(jin)电(dian)(dian)机(ji)(ji)和(he)永磁(ci)(ci)步(bu)(bu)进(jin)电(dian)(dian)机(ji)(ji)。步(bu)(bu)进(jin)电(dian)(dian)机(ji)(ji)是由一(yi)(yi)组缠绕在(zai)电(dian)(dian)机(ji)(ji)固定部件(jian)--定子齿(chi)槽上的(de)(de)(de)线圈驱(qu)动(dong)(dong)的(de)(de)(de)。通常情(qing)况下(xia)，一(yi)(yi)根绕成圈状(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de)金属(shu)丝叫做螺线管(guan)，而在(zai)电(dian)(dian)机(ji)(ji)中，绕在(zai)齿(chi)上的(de)(de)(de)金属(shu)丝则(ze)叫做绕组、线圈、或相。
1、相数(shu)：产生不同(tong)对(dui)极N、S磁场的激磁线圈对(dui)数(shu)。常用m表示。
2、拍(pai)数(shu)：完成一个(ge)磁场周(zhou)期性(xing)变化所(suo)需(xu)(xu)脉冲数(shu)或导电(dian)状态用(yong)n表示，或指(zhi)电(dian)机转过一个(ge)齿距(ju)角所(suo)需(xu)(xu)脉冲数(shu)，以四(si)相(xiang)电(dian)机为例(li)，有四(si)相(xiang)四(si)拍(pai)运行方(fang)式即(ji)AB-BC-CD-DA-AB，四(si)相(xiang)八拍(pai)运行方(fang)式即(ji) A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。
3、步距(ju)角(jiao)：对应一个脉冲信(xin)号，电机转子(zi)(zi)转过的角(jiao)位移(yi)用θ表示。θ=360度(du)/（转子(zi)(zi)齿(chi)数(shu)*运行(xing)拍数(shu)），以常(chang)规(gui)二、四(si)相，转子(zi)(zi)齿(chi)为(wei)50齿(chi)电机为(wei)例(li)。四(si)拍运行(xing)时(shi)步距(ju)角(jiao)为(wei)θ=360度(du)/（50*4）=1.8度(du)（俗(su)称整步），八(ba)拍运行(xing)时(shi)步距(ju)角(jiao)为(wei)θ=360度(du)/（50*8）=0.9度(du)（俗(su)称半步）。
4、定(ding)位转(zhuan)矩(ju)(ju)：电(dian)机在不通电(dian)状态(tai)下，电(dian)机转(zhuan)子自身的(de)锁定(ding)力矩(ju)(ju)（由磁场(chang)齿形的(de)谐波以及(ji)机械误差造成的(de)）。
5、静(jing)转矩(ju)：电(dian)机在额(e)定(ding)静(jing)态(tai)电(dian)作(zuo)用下，电(dian)机不作(zuo)旋转运动(dong)时，电(dian)机转轴的锁定(ding)力矩(ju)。此力矩(ju)是衡量电(dian)机体(ti)积的标准(zhun)，与(yu)驱动(dong)电(dian)压及驱动(dong)电(dian)源等(deng)无关。 虽然(ran)静(jing)转矩(ju)与(yu)电(dian)磁激磁安匝数成正(zheng)比，与(yu)定(ding)齿转子间的气隙有(you)关，但过分(fen)采用减小气隙，增(zeng)加激磁安匝来提高静(jing)力矩(ju)是不可(ke)取的，这样会造成电(dian)机的发热及机械噪音(yin)。
1、步(bu)(bu)距角(jiao)精度：步(bu)(bu)进电(dian)机驱动(dong)器每转过一个步(bu)(bu)距角(jiao)的实(shi)际值(zhi)与(yu)理论值(zhi)的误差(cha)。用百分比表示：误差(cha)/步(bu)(bu)距角(jiao)*100%。不同(tong)运(yun)(yun)(yun)行拍(pai)数(shu)其值(zhi)不同(tong)，四(si)拍(pai)运(yun)(yun)(yun)行时(shi)应在5%之内，八(ba)拍(pai)运(yun)(yun)(yun)行时(shi)应在15%以内。
2、失步(bu)：电机(ji)运(yun)转时运(yun)转的步(bu)数，不等于理论(lun)上(shang)的步(bu)数。称之为(wei)失步(bu)。
3、失调(diao)角：转子齿轴线偏移定子齿轴线的(de)角度(du)，电(dian)机运转必存在失调(diao)角，由(you)失调(diao)角产生的(de)误差，采用细分驱动(dong)是不能解决的(de)。
4、最(zui)大空载(zai)起动(dong)频率：电(dian)机在(zai)某(mou)种驱(qu)动(dong)形式、电(dian)压(ya)及(ji)额定电(dian)流下，在(zai)不加负(fu)载(zai)的情况下，能够直接起动(dong)的最(zui)大频率。
5、最大空(kong)载(zai)(zai)的运(yun)行频(pin)率：电(dian)(dian)(dian)机在某种驱动形式，电(dian)(dian)(dian)压及额定电(dian)(dian)(dian)流下，电(dian)(dian)(dian)机不带负(fu)载(zai)(zai)的最高(gao)转速(su)频(pin)率。
6、运(yun)(yun)(yun)行矩(ju)(ju)频(pin)(pin)特(te)性(xing)(xing)：电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)(ji)在(zai)某种测试条件下测得(de)运(yun)(yun)(yun)行中输(shu)出力(li)矩(ju)(ju)与频(pin)(pin)率(lv)(lv)关系的(de)(de)(de)曲(qu)线称为运(yun)(yun)(yun)行矩(ju)(ju)频(pin)(pin)特(te)性(xing)(xing)，这(zhei)是(shi)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)(ji)诸(zhu)多动(dong)态曲(qu)线中最(zui)重要的(de)(de)(de)，也(ye)是(shi)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)(ji)选择(ze)的(de)(de)(de)根本依据(ju)。其它特(te)性(xing)(xing)还(hai)有惯频(pin)(pin)特(te)性(xing)(xing)、起动(dong)频(pin)(pin)率(lv)(lv)特(te)性(xing)(xing)等。 电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)(ji)一(yi)旦选定，电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)静(jing)力(li)矩(ju)(ju)确定，而动(dong)态力(li)矩(ju)(ju)却(que)不然，电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)动(dong)态力(li)矩(ju)(ju)取(qu)决于电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)(ji)运(yun)(yun)(yun)行时的(de)(de)(de)平(ping)均电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)（而非静(jing)态电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)），平(ping)均电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)越大(da)(da)，电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)(ji)输(shu)出力(li)矩(ju)(ju)越大(da)(da)，即电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)频(pin)(pin)率(lv)(lv)特(te)性(xing)(xing)越硬。要使(shi)平(ping)均电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)大(da)(da)，尽可能提(ti)高(gao)驱动(dong)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压，采用小电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)感大(da)(da)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)的(de)(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)(ji)。
7、电机(ji)的(de)共(gong)振点(dian)：步(bu)(bu)(bu)进电机(ji)均有固定的(de)共(gong)振区(qu)域，二、四相(xiang)感(gan)应子式的(de)共(gong)振区(qu)一(yi)般在(zai)180-250pps之间（步(bu)(bu)(bu)距角1.8度）或(huo)在(zai)400pps左右（步(bu)(bu)(bu)距角为0.9度），电机(ji)驱动(dong)电压越高，电机(ji)电流越大，负载越轻(qing)，电机(ji)体积(ji)越小，则共(gong)振区(qu)向上(shang)偏(pian)移，反之亦然(ran)，为使电机(ji)输(shu)出电矩大，不失步(bu)(bu)(bu)和整个系统(tong)的(de)噪音降低(di)，一(yi)般工作点(dian)均应偏(pian)移共(gong)振区(qu)较多。
8、电机正反转控制：当(dang)电机绕(rao)组通电时(shi)序为AB-BC-CD-DA或()时(shi)为正转，通电时(shi)序为DA-CD-BC-AB或()时(shi)为反转。
1、一(yi)般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不(bu)累积(ji)。
2、步(bu)进电机外表允许(xu)的最(zui)高温度。
步(bu)进电机(ji)(ji)(ji)温度(du)过高首(shou)先会(hui)使电机(ji)(ji)(ji)的(de)(de)磁性(xing)材料(liao)(liao)退磁，从而导致力(li)矩下降乃至于(yu)失(shi)步(bu)，因此(ci)电机(ji)(ji)(ji)外表允(yun)许的(de)(de)最高温度(du)应取决(jue)于(yu)不同电机(ji)(ji)(ji)磁性(xing)材料(liao)(liao)的(de)(de)退磁点；一(yi)般来讲，磁性(xing)材料(liao)(liao)的(de)(de)退磁点都(dou)在摄(she)(she)氏(shi)130度(du)以上(shang)(shang)，有的(de)(de)甚至高达摄(she)(she)氏(shi)200度(du)以上(shang)(shang)，所以步(bu)进电机(ji)(ji)(ji)外表温度(du)在摄(she)(she)氏(shi)80-90度(du)完全正(zheng)常。
3、步进电机的力(li)矩会随转(zhuan)速的升高而下降。
当步进(jin)电(dian)机(ji)转动(dong)时，电(dian)机(ji)各相绕组的电(dian)感(gan)将形成一个反向电(dian)动(dong)势(shi)；频(pin)率越(yue)(yue)高，反向电(dian)动(dong)势(shi)越(yue)(yue)大。在(zai)它的作用下，电(dian)机(ji)随(sui)频(pin)率（或(huo)速度）的增大而(er)相电(dian)流(liu)减(jian)小，从(cong)而(er)导(dao)致力矩(ju)下降。
4、步(bu)进电机低速(su)时可(ke)以正常运(yun)转,但若高于一定速(su)度就无法启(qi)动,并伴有啸叫(jiao)声。
步进电机(ji)有(you)一个(ge)技术(shu)参数：空(kong)载启动(dong)频率(lv)(lv)，即(ji)步进电机(ji)驱(qu)动(dong)器在空(kong)载情(qing)况下能(neng)够(gou)正(zheng)(zheng)常(chang)启动(dong)的脉冲频率(lv)(lv)，如(ru)果脉冲频率(lv)(lv)高(gao)(gao)于该值，电机(ji)不能(neng)正(zheng)(zheng)常(chang)启动(dong)，可能(neng)发生丢步或堵转(zhuan)。在有(you)负(fu)载的情(qing)况下，启动(dong)频率(lv)(lv)应更低。如(ru)果要使(shi)电机(ji)达到(dao)高(gao)(gao)速(su)(su)转(zhuan)动(dong)，脉冲频率(lv)(lv)应该有(you)加速(su)(su)过程，即(ji)启动(dong)频率(lv)(lv)较低，然后按一定(ding)加速(su)(su)度升(sheng)到(dao)所(suo)希望的高(gao)(gao)频（电机(ji)转(zhuan)速(su)(su)从低速(su)(su)升(sheng)到(dao)高(gao)(gao)速(su)(su)）。
步进电(dian)动机以(yi)其显著的(de)(de)特(te)点，在(zai)数字(zi)化(hua)制造时代发(fa)挥着(zhe)重大的(de)(de)用途。伴随着(zhe)不同的(de)(de)数字(zi)化(hua)技术的(de)(de)发(fa)展以(yi)及步进电(dian)机本身(shen)技术的(de)(de)提(ti)高，步进电(dian)机将(jiang)会在(zai)更多(duo)的(de)(de)领域得到应用。
1、步(bu)进电机必须加驱(qu)动(dong)才可以运转，驱(qu)动(dong)信(xin)(xin)号(hao)(hao)必须为(wei)脉(mai)(mai)冲(chong)(chong)信(xin)(xin)号(hao)(hao)，没有脉(mai)(mai)冲(chong)(chong)的(de)(de)(de)时候(hou)，步(bu)进电机静(jing)止(zhi)，如果(guo)加入适当的(de)(de)(de)脉(mai)(mai)冲(chong)(chong)信(xin)(xin)号(hao)(hao)，就(jiu)会(hui)以一定(ding)的(de)(de)(de)角度（称为(wei)步(bu)角）转动(dong)。转动(dong)的(de)(de)(de)速度和脉(mai)(mai)冲(chong)(chong)的(de)(de)(de)频率成正比。
2、三相步进电(dian)机(ji)的(de)步进角度为7.5度，一圈360度，需要48个脉冲完(wan)成。
3、步进电机具有瞬间启动(dong)和(he)急速(su)停(ting)止的(de)优越特性。
4、改变(bian)脉冲的顺序，可以方便的改变(bian)转动(dong)的方向。
因此，打印机、绘图仪、机器人等(deng)设备都以(yi)步进电机驱(qu)动器为动力核心(xin)。
优点(dian)
1、电机旋转的(de)角(jiao)度正比(bi)于脉冲数；
2、电机停转(zhuan)的(de)时(shi)候具有最(zui)大的(de)转(zhuan)矩（当绕组激磁时(shi)）；
3、由于每步(bu)的精(jing)度在(zai)百分之三到百分之五，而且不会将一步(bu)的误差(cha)积累到下一步(bu)因(yin)而有较好的位置精(jing)度和运动的重复性(xing)；
4、优秀的(de)起停和反转响应(ying)；
5、由(you)于(yu)没有(you)电刷，可靠性较高，因此电机(ji)的(de)寿命(ming)仅(jin)仅(jin)取决于(yu)轴承(cheng)的(de)寿命(ming)；
6、电机的响(xiang)应仅由数(shu)字(zi)输入脉冲确(que)定，因而(er)可以(yi)采用开环控(kong)制(zhi)，这(zhei)使得电机的结构可以(yi)比(bi)较简单而(er)且控(kong)制(zhi)成本；
7、仅仅将(jiang)负(fu)载直接连接到电机的转(zhuan)轴上也可以极低速的同步旋转(zhuan)；
8、由于速度正比(bi)于脉冲(chong)频率，因而有比(bi)较宽的转速范围(wei)。
缺(que)陷
1、如果控制不当容易产生共振；
2、难以运转(zhuan)到较高的(de)转(zhuan)速；
3、难以(yi)获得较(jiao)大的转矩(ju)；
4、在体积重量方面没有优势，能源利用率(lv)低；
5、超(chao)过负(fu)载时会(hui)破坏同步，高速工作时会(hui)发出振动和噪声(sheng)。
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