7种调节步进电机转速方法的优缺点解析

7 种调节步进电机转速方法的优缺点解析

随着电力电子技术的飞速发展，变频调速的性能指标完全可以达到甚至超过直流电机调速系统。通过调节输入驱动器的脉冲频率以及驱动器的细分参数来达到调节步进电机转速的作用，其实就是控制单位时间内步进电机的步数。

一、改变极对数变速

优点：

1、无附加转差损耗，效率高;

2、控制电路简单，易维修，价格低;

3、与定子调压或电磁转差离合器配合可得到效率较高的平滑调速。

缺点：有级调速，不能实现无级平滑的调速，并且由于受到电机结构和制造工艺的限制，通常只能实现2～3 种极对数的有级调速，调速范围相当有限。

步进电机的计算与选型---实用计算

步进电机的计算与选型 对于步进电动机的计算与选型，通常可以按照以下几个步骤： 1) 根据机械系统结构，求得加在步进电动机转轴上的总转动惯量eq J ; 2) 计算不同工况下加在步进电动机转轴上的等效负载转矩eq T ； 3) 取其中最大的等效负载转矩，作为确定步进电动机最大静转矩的依据； 4) 根据运行矩频特性、起动惯频特性等，对初选的步进电动机进行校核。 1. 步进电动机转轴上的总转动惯量eq J 的计算 加在步进电动机转轴上的总转动惯量eq J 是进给伺服系统的主要参数之一，它对选择电动机具有重要意义。eq J 主要包括电动机转子的转动惯量、减速装置与滚珠丝杠以及移动部件等折算到电动机转轴上的转动惯量等。 2. 步进电动机转轴上的等效负载转矩eq T 的计算 步进电动机转轴所承受的负载转矩在不同的工况下是不同的。通常考虑两种情况：一种情况是快速空载起动（工作负载为0），另一种情况是承受最大工作负载。 （1）快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩eq1T eq1amax f 0T =T +T +T (4-8) 式中 amax T ——快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩，单位为N ·m ； f T ——移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩，单位N ·m ； 0T ——滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩，单位为N ·m 。 具体计算过程如下： 1）快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩： amax eq 2T =J =60eq m a J n t πε （4-9） 式中 eq J ——步进电动机转轴上的总转动惯量，单位为2kg m ?； ε——电动机转轴的角加速度，单位为2/rad s ； m n ——电动机的转速，单位r/min ； a t ——电动机加速所用时间，单位为s ，一般在0.3~1s 之间选取。 2）移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩： f T =2F i πη摩h P （4-10）

步进电机脉冲数量与运动距离的计算 (1)

步进电机一个脉冲运动距离怎么算？ 步进电机一个脉冲运动距离怎么算？能不能给个公式在举个例子？ 答案： 用360度去除以步距角，就是电机转一圈的脉冲数，当然如果细分的话，还要乘以细分倍数。电机转一圈丝杠前进一个导程，用导程除以一圈的脉冲数就是脉冲运动距离。 第一步确定步进电机的步距角，这个电机上会标明的。比如说，1.8度，则一个圆周360/1.8=200，也就是说电机旋转一周需要200个脉冲。 第二步确定电机驱动器设了细分细分没有，查清细分数，可以看驱动器上的拨码。比如说4细分，则承上所述，200*4=800，等于说800个脉冲电机才旋转一周。第三步确定电机轴一周的长度或者说导程：如果是丝杠，螺距*螺纹头数=导程，如果是齿轮齿条传动，分度圆直径(m*z)即为导程，导程/脉冲个数=一个脉冲的线位移。 什么是细分呢？和几相是一个意思吗？和几相没关系吗？ 细分和相数没关系。以1.8度为例，原来一个脉冲走1.8度，现在改为4细分，那么现在一个脉冲只能走1.8/4度了。细分越多，每个脉冲的步进长度越短。细分的多少可由驱动器设置。 控制步进电机转多少最主要你得通过步进电机步距角度计算出电机转一圈需要多少脉冲，比如步距角度为0.9°则电机转一圈需要给步进电机驱动器360/0.9=400个脉冲，转半圈就是200个脉冲。步进电机驱动器资料你先了解下！ 步进电机转速则通过改变脉冲频率来控制，用plc的pwm输出控制是比较方便的，速度的快慢不影响步进电机的行程，行程多少取决于脉冲数量。 注意一点步进电机速度越快转矩越小，请根据你的应用调节速度以防失步，造成走位不准确。步进电机是接收步进驱动器给过来的脉冲信号，比如两相的步进，AB相分别轮流输出正反脉冲（按一定顺序），步进电机就可以运行了，相当于一定的脉冲步进马达对应走一定旋转角度。而PLC也可以发出脉冲，但脉冲电压不够，所以需要把PLC输出的脉冲给步进驱动器放大来驱动步进驱动器，相当于PLC的脉冲就是指令脉冲。一般PLC驱动步进时候有两路信号，一路是角度脉冲，另外一路是方向脉冲，PLC里边一般配所谓位移指令，发梯形脉冲给步进驱动器，这样可以缓冲启动带来的力冲击。 51单片机控制两相四线步进电机的问题 单片机为AT89S52。。步进电机为：57HS5630A4步进电机。链接：Error! Hyperlink reference not valid.步进电机驱动器为：M542中性步进电机驱动器。链接：Error! Hyperlink reference not valid. 现在的问题是：步进电机我已经和驱动器连接好了，现在步进电机驱动器有6 个线和51单片机相连，分别是PUL+、PUL-、DIR+、DIR-、ENA+、ENA- 。我想知道的是，比如这六个和单片机的P1.X口相连。怎么在单片机上控制步进电机正转反转，转的角度，转的速度。 答案： 首先，六根线的三根负线可以全部接地..和单片机P1相连的只需三根即可..这三根线为了保证能驱动起步进电机驱动器，应该分别上拉2K电阻.. 然后，在驱动器上的拨码处设置细分,,所谓细分是指电机转一圈所需多少脉冲..例如设置为800细分，即为电机转一圈需要800个脉冲..那么一个脉冲就会对应0.45度..单片机发出的脉冲频率高，那么电机转的就快..让电机转多少角度，就发出相应的脉冲数即可，例如转45度，就发出100个脉冲即可，在0.125s内发出100个脉冲，那转速就为1转/s。。

步进电机转速与频率计算公式

步进电机转速与频率计 算公式 集团文件发布号：（9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-

步进电机的转速可以用频率来控制，步进电机的运行频率跟转速成正比，可以通过计算公式，计算出步进电机的转速。步进电机转速=频率*60/((360/T)*x) 步进电机的转速单位是：转/分 频率单位是：赫兹 x实指细分倍数 T:固有步进角 举例说明： 步进电机采用整步，即1细分；频率1K，即1000赫兹；套用公式：1000*60/200= 300转/分 注意事项：此公式适应于两相步进电机。 步进电机空载最高转速的真正意义是什么 发布者：admin 发布时间：2010-4-12 阅读：474次 两相步进电机的空载转速最高可以达到2000转/分钟以上，不过它只是一个参考值，没有什么实际意义，因为步进电机的转矩随着转速的升高下降很快，转速高到一定程度时力矩几乎为零。步进电机在整步无细分情况下（每200个脉冲转一圈）提高时钟频率，人们往往发现电机在远未达到空载最高速度时即发生堵转，以至于搞不清最高转速到底是多少，甚至怀疑自己的系统是否正常，这就是其中的真正原因所在。 步进电机在低速下的运行性能才有实际意义，一般是每分钟300转到600转，考虑到用户使用机械减速装置带负载，要使电机提供足够的力矩，电机的常态速度常常被选择在每分钟几十转，此时电机供力大、效率高、噪音低，至于振动问题，则要靠增加驱动器细分的方法加以解决了。 最高空载转速的计算公式为： 空载转速（转/分）=60 乘以时钟频率 / 200乘以细分数 (M是细分数） 假如M=16，时钟频率=150KHZ 则最高空载转速约等于2800转/分钟 即60乘以150000，再除以200与16的积，得出的结果。

步进电机转速与频率计算公式

-- -------- 步进电机的转速可以用频率来控制，步进电机的运行频率跟转速成正比，可以通过计算公式，计算出步进 电机的转速。 步进电机转速 = 频率 * 60 /((360/T)*x) 步进电机的转速单位是： 转 / 分 频率单位是：赫兹 x 实指细分倍数 T: 固有步进角 举例说明： 步进电机采用整步，即 1 细分；频率 1K ，即 1000 赫兹；套用公式： 1000 * 60/200=300 转/ 分 注意事项：此公式适应于两相步进电机。 步进电机空载最高转速的真正意义是什么 发布者： admi n 发布时间： 2010-4-12 阅读： 474 次 两相步进电机的空载转速最高可以达到 2000 转 /分钟以上，不过它只是一个参考值，没有什么实际意义，因为步进电机的转矩随着 转速的升高下降很快，转速高到一定程度时力矩几乎为零。步进电机在整步无细分情况下（每 200 个脉冲转一圈）提高时钟频率， 人们往往发现电机在远未达到空载最高速度时即发生堵转，以至于搞不清最高转速到底是多少，甚至怀疑自己的系统是否正常，这 就是其中的真正原因所在。 步进电机在低速下的运行性能才有实际意义，一般是每分钟 300 转到 600 转，考虑到用户使用机械减速装置带负载，要使电机提供足够的力矩，电机的常态速度常常被选择在每分钟几十转，此时电机供力大、效率高、噪音低，至于振动问题，则要靠增加驱动器细分的方法加以解决了。 最高空载转速的计算公式为： 空载转速（转 /分） =60 乘以 时钟频率 / 200 乘以 细分数 (M 是细分数） 假如 M=16 ，时钟频率 =150KHZ 则最高空载转速约等于 2800 转/ 分钟 即 60 乘以 150000，再除以 200 与 16 的积，得出的结果。

步进电机选择的详细计算过程上课讲义

步进电机选择的详细 计算过程

1，如何正确选择伺服电机和步进电机？ 主要视具体应用情况而定，简单地说要确定：负载的性质（如水平还是垂直负载等），转矩、惯量、转速、精度、加减速等要求，上位控制要求（如对端口界面和通讯方面的要求），主要控制方式是位置、转矩还是速度方式。供电电源是直流还是交流电源，或电池供电，电压范围。据此以确定电机和配用驱动器或控制器的型号。 2，选择步进电机还是伺服电机系统？ 其实，选择什么样的电机应根据具体应用情况而定，各有其特点。请见下表，自然明白。 步进电机系统伺服电机系统 力矩范围中小力矩（一般在20Nm以下）小中大，全范围 速度范围低（一般在2000RPM以下，大力矩电机小于1000RPM）高（可达5000RPM）,直流伺服电机更可达1~2万转/分 控制方式主要是位置控制多样化智能化的控制方式，位置/转速/转矩方式平滑性低速时有振动（但用细分型驱动器则可明显改善）好，运行平滑 精度一般较低，细分型驱动时较高高（具体要看反馈装置的分辨率） 矩频特性高速时，力矩下降快力矩特性好，特性较硬 过载特性过载时会失步可3~10倍过载（短时） 反馈方式大多数为开环控制，也可接编码器，防止失步闭环方式，编码器反馈 编码器类型 - 光电型旋转编码器（增量型/绝对值型），旋转变压器型 响应速度一般快 耐振动好一般（旋转变压器型可耐振动）

温升运行温度高一般 维护性基本可以免维护较好 价格低高 3，如何配用步进电机驱动器？ 根据电机的电流，配用大于或等于此电流的驱动器。如果需要低振动或高精度时，可配用细分型驱动器。对于大转矩电机，尽可能用高电压型驱动器，以获得良好的高速性能。 4，2相和5相步进电机有何区别，如何选择？ 2相电机成本低，但在低速时的震动较大，高速时的力矩下降快。5相电机则振动较小，高速性能好，比2相电机的速度高30~50%，可在部分场合取代伺服电机。 5，何时选用直流伺服系统，它和交流伺服有何区别？ 直流伺服电机分为有刷和无刷电机。 有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。 无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护，效率很高，运行温度低，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。 交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动控制中一般都用同步电机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。 6，使用电机时要注意的问题？

步进电机选择的详细计算过程总结

步进电机选择的详细计算过程 2011-07-25 00:13:59| 分类：默认分类|举报|字号订阅 1，如何正确选择伺服电机和步进电机？ 主要视具体应用情况而定，简单地说要确定：负载的性质（如水平还是垂直负载等），转矩、惯量、转速、精度、加减速等要求，上位控制要求（如对端口界面和通讯方面的要求），主要控制方式是位置、转矩还是速度方式。供电电源是直流还是交流电源，或电池供电，电压范围。据此以确定电机和配用驱动器或控制器的型号。 2，选择步进电机还是伺服电机系统？ 其实，选择什么样的电机应根据具体应用情况而定，各有其特点。请见下表，自然明白。

各种环境。 交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动控制中一般都用同步电机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。 6，使用电机时要注意的问题？ 上电运行前要作如下检查： 1）电源电压是否合适（过压很可能造成驱动模块的损坏）；对于直流输入的+/-极性一定不能接错，驱动控制器上的电机型号或电流设定值是否合适（开始时不要太大）； 2）控制信号线接牢靠，工业现场最好要考虑屏蔽问题（如采用双绞线）； 3）不要开始时就把需要接的线全接上，只连成最基本的系统，运行良好后，再逐步连接。 4）一定要搞清楚接地方法，还是采用浮空不接。 5）开始运行的半小时内要密切观察电机的状态，如运动是否正常，声音和温升情况，发现问题立即停机调整。 7，步进电机启动运行时，有时动一下就不动了或原地来回动，运行时有时还会失步，是什么问题？ 一般要考虑以下方面作检查： 1）电机力矩是否足够大，能否带动负载，因此我们一般推荐用户选型时要选用力矩比实际需要大50%~100%的电机，因为步进电机不能过负载运行，哪怕是瞬间，都会造成失步，严重时停转或不规则原地反复动。 2）上位控制器来的输入走步脉冲的电流是否够大（一般要>10mA），以使光耦稳定导通，输入的频率是否过高，导致接收不到，如果上位控制器的输出电路是CMOS电路，则也要选用CMOS输入型的驱动器。 3）启动频率是否太高，在启动程序上是否设置了加速过程，最好从电机规定的启动频率内开始加速到设定频率，哪怕加速时间很短，否则可能就不稳定，甚至处于惰态。 4）电机未固定好时，有时会出现此状况，则属于正常。因为，实际上此时造成了电机的强烈共振而导致进入失步状态。电机必须固定好。 5）对于5相电机来说，相位接错，电机也不能工作。 8，我想通过通讯方式直接控制伺服电机，可以吗？ 可以的，也比较方便，只是速度问题，用于对响应速度要求不太高的应用。如果要求快速的响应控制参数，最好用伺服运动控制卡，一般它上面有DSP和高速

步进电机相关计算 自己整理

1、步距角： 步进电机的定子绕组每改变一次通电状态，转子转过的角度称步距角。 ? 转子齿数越多，步距角越小 ? 定子相数越多，步距角越小 ? 通电方式的节拍越多，步距角越小 式中：m －定子相数 Z － 转子齿数 C －通电方式：C = 1 单相轮流通电、双相轮流通电方式 C = 2 单、双相轮流通电方式 2、相关结论 ⑴、控制输入给步进电机的脉冲数目可以控制步进电机的角位移； ⑵、控制输入给步进电机的脉冲的频率可以控制步进电机的转速； ⑶、控制步进电机定子绕组的通电顺序可以控制步进电机的转动方向。 3、扭矩和转速的关系 转速公式：n ＝60f/P (n ＝转速，f ＝电源频率，P ＝磁极对数) 转矩:使机械元件转动的力矩称为转动力矩，简称转矩。机械元件在转矩作用下都会产生一定程度的扭转变形，故转矩有时又称为扭矩。 扭矩公式：T=9550P/n T 是扭矩，单位N·m P 是输出功率，单位KW n 是电机转速，单位r/min 具体的推导关系如下： 1)功率=力*速度 即：P=F*V 公式1 2)转矩(T)=扭力(F)*作用半径(R) 即：T=F*R 通过上式，可以推出 F=T/R 公式2 3）线速度(V)=2πR*每秒转速(n 秒)=2πR*每分转速(n 分)/60=πR*n 分/30 公式3 将公式2、3代入公式1得： aP=F*V=(T/R )*(πR*n 分/30) =(π/30)*T*n 分 P=功率单位W ，T=转矩单位Nm ，n 分=每分钟转速单位转/分钟 如果将P 的单位换成KW ，那么就是如下公式： P*1000=π/30*T*n 30000/π*P=T*n 30000/3.1415926*P=T*n 9549.297*P=T*n b 360θ=m*Z *C °?b Φ=N θ????=b 360 60f 60f θ60f mZC n ==360360mZC °°°

步进电机选型的计算示例

步进电机选型的计算示例 一、必要脉冲数和驱动脉冲数速度计算的示例 下面给出的是一个3相步进电机必要脉冲数和驱动脉冲速度的计算示例。这是一个实际应用例子，可以更好的理解电机选型的计算方法。 1.1 驱动滚轴丝杆 如下图，3相步进电机（1.2°/步）驱动物体运动1秒钟，则必要脉冲数和驱动脉冲速度的计算方法如下： 必要脉冲数＝ 100 10 × 360° 1.2° ＝3000[脉冲] 如果采用自启动方式驱动1秒钟，则驱动脉冲速度应该这样计算： 3000[Pulse]/1[sec]=3[kHz] 但是，自启动速度不可能是5kHz，应该采用加/减速运行方式来驱动。如果加/减速时间设置为定位时间的25%，启动脉冲速度为500[Hz]，则计算方法如下： 驱动脉冲速度[Hz]＝3000[脉冲]－500[Hz]×0.25[秒] 1[秒]－0.25[秒] ＝3.8 [kHz] 如图所示： 1.2驱动传动带 如下图，3相步进电机（1.2°/步）驱动物体运动1秒钟。驱动轮的周长即旋转一圈移动的距离大约为50[mm]。 因此，所需要的必要脉冲数为： 必要脉冲数＝ 1100 50 × 360° 1.2° ＝6600 [脉冲]

所需参数同上例驱动滚轴丝杆，采用加/减速运行模式，则驱动脉冲速度为： 驱动脉冲速度[Hz]＝6600[脉冲]－500[Hz]×0.25[秒] 1[秒]－0.25[秒] ＝8.7 [kHz] 如图所示： 二、负载力矩的计算示例（T L） 下面给出的是一个3相步进电机负载力矩的计算示例。这是一个实际应用例子，其中的数字公式有助于更好的理解电机选型的应用。 2.1滚轴丝杆驱动水平负载 如下图，滚轴丝杆驱动水平负载，效率为90%，负载重量为40千克，则负载力矩的计算方法如下： T L＝m·P B 2πη × 1 i [kgf·cm] T L＝40[kg]×1[cm] 2π×0.9 × 1 1 ＝7.07 [kgf·cm] 2.2传送带驱动水平负载 传送带驱动水平负载，效率为90%，驱动轮直径16毫米，负载重量是9千克，则负载力矩的计算方法如下：

步进电机转速控制系统

课程设计报告 题目：步进电机转速控制显示系统 学生姓名：陶宁 学生学号： 系别：电气信息工程 专业：自动化 届别： 2013届 指导教师：苗磊 电气信息工程学院制 2012年5月 步进电机转速控制显示系统 学生：陶宁 指导教师：苗磊 电气信息工程学院自动化系 1课程设计的任务与要求 课程设计的任务 对于步进电机的进行转速控制，包括正转与反转，并且通过LCD显示。 课程设计的要求 该设计要求通过程序实现单片机对电动机进行控制。共包含五个键盘，分别操控正转、反转、停止、加速、减速。并且讲电动机的转动状态反映在LCD上。 课程设计的研究基础 2步进电机转速控制显示系统方案制定

方案提出 方案一：使用开关直接控制电动机的正反转以及转速控制，此种设计非常简便易操作，共两个开关控制。 图1 方案一 方案二：使用四个五个开关分别控制电机的正转、反转、停止、加速、减速。

图2方案二 方案比较 方案一：本方案十分简单，除了实现正常的正转反转，只能实现步进电机的正转加速，还有反转减速，并不能实现正转减速或者反转加速等功能。程序设计上比较简单，实用性不大。 方案二：本方案较方案一复杂些，并且成功的实现了电机的正转加速和减速，反转的加速和减速，简单明了，控制范围更大，实用性更强。但是由于复杂性增加，程序的编写难度上就增加了。

方案论证 对于以上两个方案比较分析得出：方案二成功的实现了方案一所有的功能，而且其他功能上更加全面。使用上也更加易操作。方案一对于简单的应用可以适用，但局限性很大，有时无法实现必要的功能。 方案选择 根据以上的比较论证，选择方案二。 3 步进电机转速控制显示系统方案设计 各单元模块功能介绍及电路设计 该设计分为控制模块，驱动模块，显示模块。 控制模块：五个开关控制单片机的输入高低电平，通过单片机的接口功能设计程序控制输出电平的高低最后达到控制电动机正反转的功能。 驱动模块：通过单片机的到控制步进电机之前的放大噐ULN2003A，从而达到控制步进电机转速的效果。 显示模块：通过单片机中的到和控制LCD 12864，以显示目前电动机的状态。 电路参数的计算及元器件的选择 12864液晶电源：VDD：+5V；LCD外接驱动电压为~。 步进电机：额定电压12V；额定电流。 ULN2003A输入额定电压为+12V。 特殊器件的介绍 （1）AT89C51 AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 1）主要特性 a.与MCS-51 兼容 字节可编程闪烁存储器 c.寿命：1000写/擦循环 d.数据保留时间：10年

关于伺服电机与步进电机计算方法

关于伺服电机与步进电机计算方法 关于伺服电机与步进电机性能比较及选型的计算方法 步进电机作为一种开环控制的系统，和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。 １、伺服电机和步进电机的性能比较 步进电机作为一种开环控制的系统，和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。 一、控制精度不同 两相混合式步进电机步距角一般为 1. 8°、0. 9°，五相混合式步进电机步距角一般为0. 72 °、0. 36°。也有一些高性能的步进电机通过细分后步距角更小。如山洋公司（S A N Y O D E N K I ）生产的二相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1. 8°、0. 9°、0. 72°、0. 36°、0. 18°、0. 09°、0. 072°、0. 036°，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。 交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以全数字式交流伺服电机为例，对于带标准 2000线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360°/8000=0. 045°。对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=0. 0027466°，是步距角为1. 8°的步进电机的脉冲当量的1 /655。 二、低频特性不同 步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。 交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（F F T ），可检测出机械的共振点，便于系统调整。 三、矩频特性不同

步进电机的 选择计算

1，如何正确选择伺服电机和步进电机？ 主要视具体应用情况而定，简单地说要确定：负载的性质（如水平还是垂直负载等），转矩、惯量、转速、精度、加减速等要求，上位控制要求（如对端口界面和通讯方面的要求），主要控制方式是位置、转矩还是速度方式。供电电源是直流还是交流电源，或电池供电，电压范围。据此以确定电机和配用驱动器或控制器的型号。 2，选择步进电机还是伺服电机系统？ 其实，选择什么样的电机应根据具体应用情况而定，各有其特点。请见下表，自然明白。步进电机系统伺服电机系统 力矩范围中小力矩（一般在20Nm以下）小中大，全范围 速度范围低（一般在2000RPM以下，大力矩电机小于1000RPM）高（可达5000RPM）,直流伺服电机更可达1~2万转/分 控制方式主要是位置控制多样化智能化的控制方式，位置/转速/转矩方式 平滑性低速时有振动（但用细分型驱动器则可明显改善）好，运行平滑 精度一般较低，细分型驱动时较高高（具体要看反馈装置的分辨率） 矩频特性高速时，力矩下降快力矩特性好，特性较硬 过载特性过载时会失步可3~10倍过载（短时） 反馈方式大多数为开环控制，也可接编码器，防止失步闭环方式，编码器反馈 编码器类型 - 光电型旋转编码器（增量型/绝对值型），旋转变压器型 响应速度一般快 耐振动好一般（旋转变压器型可耐振动） 温升运行温度高一般 维护性基本可以免维护较好 价格低高 3，如何配用步进电机驱动器？ 根据电机的电流，配用大于或等于此电流的驱动器。如果需要低振动或高精度时，可配用细分型驱动器。对于大转矩电机，尽可能用高电压型驱动器，以获得良好的高速性能。4，2相和5相步进电机有何区别，如何选择？ 2相电机成本低，但在低速时的震动较大，高速时的力矩下降快。5相电机则振动较小，高速性能好，比2相电机的速度高30~50%，可在部分场合取代伺服电机。 5，何时选用直流伺服系统，它和交流伺服有何区别？ 直流伺服电机分为有刷和无刷电机。 有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。 无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护，效率很高，运行温度低，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。 交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动控制中一般都用同步电机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。 6，使用电机时要注意的问题？ 上电运行前要作如下检查： 1）电源电压是否合适（过压很可能造成驱动模块的损坏）；对于直流输入的+/-极性一定不能接错，驱动控制器上的电机型号或电流设定值是否合适（开始时不要太大）；

步进电机转速控制系统

题目：步进电机转速控制显示系统 学生姓名：陶宁 学生学号： 0908020132 系别：电气信息工程 专业：自动化 届别： 2013届 指导教师：苗磊 电气信息工程学院制 2012年5月

步进电机转速控制显示系统 学生：陶宁 指导教师：苗磊 电气信息工程学院自动化系 1课程设计的任务与要求 1.1 课程设计的任务 对于步进电机的进行转速控制，包括正转与反转，并且通过LCD显示。 1.2 课程设计的要求 该设计要求通过程序实现单片机对电动机进行控制。共包含五个键盘，分别操控正转、反转、停止、加速、减速。并且讲电动机的转动状态反映在LCD上。 1.3 课程设计的研究基础 2步进电机转速控制显示系统方案制定 2.1 方案提出 方案一：使用开关直接控制电动机的正反转以及转速控制，此种设计非常简便易操作，共两个开关控制。 图1 方案一

方案二：使用四个五个开关分别控制电机的正转、反转、停止、加速、减速。 图2方案二 2.2 方案比较 方案一：本方案十分简单，除了实现正常的正转反转，只能实现步进电机的正转加速，还有反转减速，并不能实现正转减速或者反转加速等功能。程序设计上比较简单，实用性不大。 方案二：本方案较方案一复杂些，并且成功的实现了电机的正转加速和减速，反转的加速和减速，简单明了，控制范围更大，实用性更强。但是由于复杂性增加，程

序的编写难度上就增加了。 2.3 方案论证 对于以上两个方案比较分析得出：方案二成功的实现了方案一所有的功能，而且其他功能上更加全面。使用上也更加易操作。方案一对于简单的应用可以适用，但局限性很大，有时无法实现必要的功能。 2.4 方案选择 根据以上的比较论证，选择方案二。 3 步进电机转速控制显示系统方案设计 3.1各单元模块功能介绍及电路设计 该设计分为控制模块，驱动模块，显示模块。 控制模块：五个开关控制单片机的输入高低电平，通过单片机的接口功能设计程序控制输出电平的高低最后达到控制电动机正反转的功能。 驱动模块：通过单片机的P0.0到P0.3控制步进电机之前的放大噐ULN2003A，从而达到控制步进电机转速的效果。 显示模块：通过单片机中的P3.0到P3.5和P2.7控制LCD 12864，以显示目前电动机的状态。 3.2电路参数的计算及元器件的选择 12864液晶电源：VDD：+5V；LCD外接驱动电压为-5.0~-14.0V。 步进电机：额定电压12V；额定电流0.5A。 ULN2003A输入额定电压为+12V。 3.3 特殊器件的介绍 （1）AT89C51 AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 1）主要特性 a.与MCS-51 兼容 b.4K字节可编程闪烁存储器

步进电机计算与选型

第1章 步进电机计算与选型 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：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（即步进角）。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。 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。 我司主要机械设计中运动部件的动力源主要是步进电机。因此着重介绍步进电机的计算与选型。 1.1 步进电机基本术语 保持转矩（ＨＯＬＤＩＮＧ ＴＯＲＱＵＥ)是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。保持转矩越大则电机带负载能力越强。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机重要的参数之一。比如，当人们说2N.m 的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N.m 的步进电机。 步进电机的细分技术实质上是一种电子阻尼技术（请参考有关文献），其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。比如对于步进角为1.8度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度，电机的精度能否达到或接近0.45度，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；细分数越大精度越难控制。 运行矩频特性是电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线 。 实用公式：转速(r/s ）=脉冲频率 /（电机每转整步数*细分数） m P s r V e ?=360)/(θ V ：电机转速（R/S ）；P ：脉冲频率（Hz ）；θe ：电机固有步距角；m ：细分数（整步为1，半步为2 1.2 电机计算与选型方法 选择电机一般应遵循以下步骤：

选择步进电机需要进行以下计算

选择步进电机需要进行以下计算： （1）计算齿轮的减速比 根据所要求脉冲当量，齿轮减速比i计算如下: i=(φ.S)/(360.Δ) (1-1) 式中φ ---步进电机的步距角（o/脉冲） S ---丝杆螺距（mm) Δ---(mm/脉冲） （2）计算工作台，丝杆以及齿轮折算至电机轴上的惯量Jt。 Jt=J1+（1/i2)[(J2+Js）+W/g（S/2π)2]（1-2） 式中Jt ---折算至电机轴上的惯量(Kg.cm.s2) J1、J2 ---齿轮惯量(Kg.cm.s2) Js ----丝杆惯量(Kg.cm.s2) W---工作台重量（N） S ---丝杆螺距（cm） （3）计算电机输出的总力矩M M=Ma+Mf+Mt （1-3） Ma=（Jm+Jt).n/T×1.02×10ˉ2（1-4） 式中Ma ---电机启动加速力矩（N.m) Jm、Jt---电机自身惯量与负载惯量(Kg.cm.s2) n---电机所需达到的转速（r/min） T---电机升速时间（s） Mf=(u.W.s)/(2πηi)×10ˉ2（1-5） Mf---导轨摩擦折算至电机的转矩（N.m) u---摩擦系数 η---传递效率 Mt=(Pt.s)/(2πηi)×10ˉ2（1-6） Mt---切削力折算至电机力矩（N.m) Pt---最大切削力（N） （4）负载起动频率估算。数控系统控制电机的启动频率与负载转矩和惯量有很大关系，其估算公式为 fq=fq0[(1-(Mf+Mt))/Ml）÷(1+Jt/Jm)] 1/2 （1-7） 式中fq---带载起动频率（Hz） fq0---空载起动频率 Ml---起动频率下由矩频特性决定的电机输出力矩（N.m) 若负载参数无法精确确定,则可按fq=1/2fq0进行估算. （5）运行的最高频率与升速时间的计算。由于电机的输出力矩随着频率的升高而下降，因此在最高频率时，由矩频特性的输出力矩应能驱动负载，并留有足够的余量。 （6）负载力矩和最大静力矩Mmax。负载力矩可按式（1-5）和式（1-6）计算，电机在最大进给速度时，由矩频特性决定的电机输出力矩要大于Mf与Mt之和，并留有余量。一般来说，Mf与Mt之和应小于（0.2 ～0.4)Mmax. 步进电机具有控制和机械结构简单的优点。图1是四相六线制步进电机原理图，这类步进电机既可作为四相电机使用，也可做为两相电机使用，使用灵活，因此应用广泛。

伺服电机步进电机丝杠导轨的计算选择

伺服电机的选择 伺服电机：伺服主要靠脉冲来定位，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；可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。 伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。 闭环半闭环：格兰达的设备用伺服电机都是半闭环，只是编码器发出多少个脉冲，无法进行反馈值和目标值的比较；如是闭环则使用光栅尺进行反馈。开环步进电机：则没有记忆发出多少个脉冲。 伺服：速度控制、位置控制、力矩控制 增量式伺服电机：是没有记忆功能，下次开始是从零开始； 绝对值伺服电机：具有记忆功能，下次开始是从上次停止位置开始。 伺服电机额定速度3000rpm，最大速度5000 rpm；加速度一般设0.05 ~~ 0.5s 计算内容： 1.负载(有效)转矩T<伺服电机T的额定转矩 2.负载惯量J/伺服电机惯量J< 10 (5倍以下为好) 3.加、减速期间伺服电机要求的转矩 < 伺服电机的最大转矩 4.最大转速<电机额定转速 伺服电机：编码器分辨率2500puls/圈；则控制器发出2500个脉冲，电机转一圈。 1.确定机构部。另确定各种机构零件（丝杠的长度、导程和带轮直径等）细节。 典型机构：滚珠丝杠机构、皮带传动机构、齿轮齿条机构等 2.确定运转模式。（加减速时间、匀速时间、停止时间、循环时间、移动距离） 运转模式对电机的容量选择影响很大，加减速时间、停止时间尽量取大，就可以选择小容量电机 3.计算负载惯量J和惯量比（xkg.）。根据结构形式计算惯量比。负载惯量J/伺服电机惯量J< 10 单位（xkg.） 计算负载惯量后预选电机，计算惯量比 4.计算转速N【r/min】。根据移动距离、加速时间ta、减速时间td、匀速时间tb计算电机转速。 计算最高速度Vmax x ta x Vmax + tb x Vmax + x td x Vmax = 移动距离则得Vmax=0.334m/s （假设）． 则最高转速：要转换成N【r/min】， 1）丝杆转1圈的导程为Ph=0.02m（假设）最高转速Vmax=0.334m/s（假设 N = Vmax/Ph = 0.334/0.02=16.7（r/s） = 16.7 x 60 = 1002（r/min）< 3000(电机额定转速) 2）带轮转1全周长=0.157m（假设）最高转速Vmax=1.111（m/s） N = Vmax/Ph = 1.111/0.157 = 7.08（r/s） = 7.08 x 60 = 428.8 （r/min）< 3000(电机额定转速) 5.计算转矩T【N . m】。根据负载惯量、加减速时间、匀速时间计算电机转矩。 计算移动转矩、加速转矩、减速转矩 确认最大转矩：加减速时转矩最大 < 电机最大转矩

基于单片机的步进电机转速控制

电子器件市场调研与系统设计实践 专 业： *** 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： ****大学****学院 **** 年 **月**日

基于单片机的步进电机调速与正反转控制系统 1 系统要求 步进电动机是用电脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的微电动机，它最突出的优点是可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速，快速起停、正反转控制及制动等，并且用其组成的开环系统既简单、廉价，又非常可行，因此在打印机等办公自动化设备以及各种控制装置等众多领域有着极其广泛的应用。随着微电子和计算机技术的发展，步进电动机的需求量与日俱增，研制步进电机驱动器及其控制系统具有十分重要的意义。本设计基于单片机控制的步进电机设计课题是以单片机为主控制模块，从而实现电机的启停、正反转和调速的目的的一个设计课题。在课题设计之前，通过互联网了解到了当前步进电机的发展状况及发展前景。同时也了解了当今最先进的步进电机所具备的功能，方便为课题设计提供参考和借鉴；最后，通过画原理框图的形式，以最直观的方式为整个课题设计制定了流程及要求。 1.1 设计目的 《电子器件市场调研与系统设计实践》是本专业的重要实践教学环节，强调实际应用技能训练。结合自动化专业系列课程的学习，培养我们对电子器件的认知，锻炼我们的市场调研能力，加深我们对自动化专业系列课程知识的掌握。通过课程设计环节培养学生与人交往、独立思考和处理问题的能力。 1.2 设计内容及要求 本次课程设计所选的步进电机是四相步进电机，采用的方法是利用单片机控制步进电机的驱动。步进电机是一种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。本次课程设计就是通过改变脉冲频率来调节步进电机的速度的，并且通过数码管显示其转速的级别。另外通过单片机实现它的正反转，步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。 2 系统方案及原理 2.1 系统设计方案 该步进电机调速系统主要具有电机启停、调速、正反转控制和显示功能，现