步进电动机特性测试系统的研究与设计

微机原理课程设计 步进电机的正反转及调速控制分解

课程设计报告 题目步进电机正反转及调速 控制系统的设计 课程名称微机原理及应用 院部名称机电工程学院 专业电气工程及其自动化班级10电气1班 学生姓名管志成 学号1004103027 课程设计地点C304 课程设计学时20 指导教师李国利 金陵科技学院教务处制

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件，具有快速启动能力,定位精度高，能够直接接受数字量，因此被广泛地应用于数字控制系统中，如数模转换装置、精确定位、计算机外围设备等，在现代控制领域起着非常重要的作用。 本设计基于Proteus 7.8设计环境，运用了8086 CPU芯片以及74273芯片、74244芯片和步进电机以及7位小功率驱动芯片ULN2003A、按钮、指示灯等辅助硬件电路，设计了步进电机正反转及调速系统。绘制软件流程图，进行了软件设计并编写了源程序，最后对软硬件系统进行联合调试。该步进电机的正反转及调速系统具有控制步进电机正反转的功能，还可以对步进电机进行调速，不同的按钮对应不同的速度，并且在没有速度按钮按下的时候，步进电机自动切换到停止状态。 关键词：步进电机；正反转；调速控制；ULN2003A芯片；8086微机系统

一、概述 1.1 课程设计的目的 (4) 1.2课程设计的要求 (4) 二、总体设计方案及说明 2.1 系统总体设计方案 (5) 2.2系统工作框图 (5) 三、系统硬件电路设计 3.1 Intel 8086 微处理器的简介 (6) 3.2 步进电机的原理 (7) 3.3 ULN2003A的简介 (8) 3.4 74154芯片简介 (9) 3.5 74LS273芯片简介 (10) 3.6 8086最小系统的设计 (11) 3.7 步进电机及其驱动电路的设计 (12) 3.8 电机状态显示电路的设计 (12) 3.9 输入采样电路的设计 (13) 3.10系统总电路图 (14) 四、系统软件部分设计 4.1 系统流程图 (15) 4.2 系统软件源程序 (16) 4.2.1电机绕组通电顺序设定 (16) 4.2.2 延时子程序设计 (16) 4.2.3 汇编源程序及说明 (16) 五、总结 5.1 系统软硬件的联合调试 (21) 5.2 问题分析和解决方案 (23) 5.3 心得与体会 (23) 六、参考文献 (23) 附录：总电路图 (25)

反应式步进电动机特性研究

反应式步进电动机特性研究 摘要 步进电动机又称为脉冲电动机，是数字控制系统中的一种执行元件其功用是将脉冲电信号变换为相应的角位移或直线位移反应式步进电动机在实际中应用较为广泛，其结构与工作原理也也易于掌握，它在不同通电方式下，运行方式是不同的，我们可以据此改变其运行特性。 步进电动机距角特性上的静态转距最大值表示了步进电动机承受负载的能力，它与步进电动机很多特性的优劣有直接关系另外，与通电方式还有关步进电动机转动时所产生的最大输出转距T是随着脉冲频率f的升高而减小的，从而使其带负载能力下降在一定控制脉冲频率下，步进电动机可能出现振荡与失步现象，严重影响步进电动机的运行，要严格防止这种情况发生。 由于步进电动机的运行受输入脉冲控制，可以进行开环控制，但在高精度系统中，为防止它出现振荡与失步现象，常采用闭环控制方式。 关键词步进电动机/步距角/脉冲/距角特性/振荡

Response characteristics of stepping motor ABSTRACT Stepper motors, also known as pulse motor, is a digital control system actuators. Pulse signal whose function is to transform the corresponding angular displacement or linear displacement. Reaction stepping motor is widely used in practice, its structure and working principle are also easy to master, it is a different power mode, operation mode is different, we can change its operating characteristics accordingly. Stepper motor angle on the characteristics of the maximum static torque of stepping motor, said to bear the load capacity, with many of the characteristics of the advantages and disadvantages of stepper motors directly. In addition, with the power mode is also relevant. Stepper motor rotation arising from the maximum output torque T along with the increase of pulse frequency f decreases, and thus it down with a load capacity. In a certain control of pulse frequency, the stepper motor may be out of step with the oscillation phenomenon has seriously affected the operation of stepper motors, it is necessary to strictly prevent this from happening. KEY WORDS Stepping Moto r, Step Angle, Pulse, Angle properties，Oscillation

步进电机控制实验

步进电机控制实验 一、实验目的： 了解步进电机工作原理，掌握用单片机的步进电机控制系统的硬件设计方法，熟悉步进电机驱动程序的设计与调试，提高单片机应用系统设计和调试水平。 二、实验容： 编写并调试出一个实验程序按下图所示控制步进电机旋转： 三、工作原理： 步进电机是工业过程控制及仪表中常用的控制元件之一，例如在机械装置中可以用丝杠把角度变为直线位移，也可以用步进电机带螺旋电位器，调节电压或电流，从而实现对执行机构的控制。步进电机可以直接接收数字信号，不必进行数模转换，用起来非常方便。步进电机还具有快速启停、精确步进和定位等特点，因而在数控机床、绘图仪、打印机以及光学仪器中得到广泛的应用。 步进电机实际上是一个数字/角度转换器，三相步进电机的结构原理如图所示。从图中可以看出，电机的定子上有六个等分磁极，A、A′、B、B′、C、C ′，相邻的两个磁极之间夹角为60o，相对的两个磁极组成一相（A-A′，B-B′，C-C′），当某一绕组有电流通过时，该绕组相应的两个磁极形成N极和S极，每个磁极上各有五个均匀分布矩形小齿，电机的转子上有40个矩形小齿均匀地分布的圆周上，相邻两个齿之间夹角为9°。 当某一相绕组通电时，对应的磁极就产生磁场，并与转子形成磁路，如果这时定子的小齿和转子的小齿没有对齐，则在磁场的作用下，转子将转动一定的角度，使转子和定子的齿相互对齐。由此可见，错齿是促使步进电机旋转的原因。 三相步进电机结构示意图 例如在三相三拍控制方式中，若A相通电，B、C相都不通电，在磁场作用下使转子齿和A相的定子齿对齐，我们以此作为初始状态。设与A相磁极中心线对齐的转子的齿为0

步进电动机的工作原理与特点

步进电动机的工作原理及特点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，它广泛用于打印机、电动玩具等消费类产品以及数控机床、工业机器人、医疗器械等机电产品中，其在各个国民经济领域都有应用。研究步进电机的控制系统，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。 1 步进电机概述 步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机，国外一般称为Steppingmotor、Pulse motor或Stepper servo，其应用发展已有约80年的历史。步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或角位移的控制电机，其位移速度与脉冲频率成正比，位移量与脉冲数成正比。步进电机在结构上也是由定子和转子组成，可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场，该矢量场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁极磁场方向与定子的磁场方向一着该磁场旋转一个角度。因此，控制电机转子旋转实际上就是以一定的规律控制定子绕组的电流来产生旋转的磁场。每来一个脉冲电压，转子就旋转一个步距角，称为一步。根据电压脉冲的分配方式，步进电机各相绕组的电流轮流切换，在供给连续脉冲时，就能一步一步地连续转动，从而使电机旋转。步进电机每转一周的步数相同，在不丢步的情况下运行，其步距误差不会长期积累。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，同时步进电机只有周期性的误差而无累积误差，精度高，步进电动机可以在宽广的频率围通过改变脉冲频率来实现调速、快速起停、正反转控制等，这是步进电动机最突出的优点[1]。 正常情况下，步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比；连续输入一定频率的脉冲时，电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。由于步进电动机能直接接收数字量的输入，所以特别适合于微机控制。 2国外的研究概况 步进电机是国外发明的。中国在文化大革命中已经生产和应用，例如、、、、都生产，而且都在各行业使用，驱动电路所有半导体器件都是完全国产化的，当时是全分立元器件构成的逻辑运算电路，还有电容耦合输入的计数器，触发器，环形分配器。国外在大功率的工业设备驱动上，目前基本不使用大扭矩步进电动机，因为从驱动电路的成本，效率，噪音，加速度，绝对速度，系统惯量与最大扭矩比来比较，比较不划算，还是用直流电动机，加电动机编码器整体技术和经济指标高。一些少数高级的应用，就用空心转杯电机，交流电机。国外在小功率的场合，还使用步进电机，例如一些工业器材，工业生产装备，打印机，复印件，速印机，银行自动柜员机。国外用许多现代的手段将步进电机排挤出驱动应用，除了前面提到的旋转编码器，打印机还使用光电编码带或感应编码带配合直流电动机，实现闭环直线位移控制。国过去是用大力矩步进电动机实现机床数控，有实力的公司现在也采用交流电动机驱动数控机床，在驱动设备的主要差距，是国外对交流电动机的控制理论与工程分析和应用能力强，先进的控制理论作为软件，写在控制器部。 总的来说，步进电机是一种简易的开环控制，对运用者的要求低，不适合在大功率的场合使用。 在卫星、雷达等应用场合，中国在文化大革命后期，就生产了力矩电机，就生产了环形

步进电机课程设计

汇编及接口技术课程设计 题目：步进电机控制系统 班 级： 070609 学 号： 070609313 姓 名： 赵明 时 间： 2009年12月 成绩：

目录 (一)设计任务与要求-3- (二)设计方案（包括设计思路、使用到哪些芯片、各个 芯片的作用）-------------------------------------------------3 (三)硬件线路设计（包括线路图及连线说明）----------4 (四)软件设计（包括程序流程图）-------------------------4 (五)源程序（要有注释）-------------------------------------5 (六)调试过程（包括实验过程中的硬件连线，实验步骤、 出现的问题、解决的方法、使用的实验数据等）-----8 (七)总结（在整个设计过程中的心得和体会，150字左 右）----------------------------------------------------8

课程设计题目：步进电机控制系统 一．设计任务与要求 （一）设计目的 1.了解步进电机控制的基本原理，掌握控制步进电机转动的编程方 法。 2.进一步熟练8255的使用。 （二）设计内容 编程控制步进电机，使其能够正常运转，要求： 1.开关K8控制电机的启动与停止：当K8向上拨时，电机启动，否则电机停 止； 2.开关K1～7控制电机的转速：K1向上拨时，得到最低转速，…… K7向上 拨时，得到最高转速。 3.每个开关对应一个发光二极管，要求开关向上拨时，对应的发光二极管亮。二．设计方案 （一）步进电机原理 步进电机驱动原理是通过对每相线圈中的电流的顺序切换（实验中的步进电机有四相线圈，每次有二相线圈有电流，有电流的相顺序变化），来使电机作步进式旋转。驱动电路由脉冲信号来控制，所以调节脉冲信号的频率便可改变步进电机的转速。 本实验使用的步进电机线圈由四相组成，驱动方式为二相激磁方式，如图3.1 所示。 图3.1 步进电机原理图 如表3.1所示，首先使HA线圈和HB线圈有驱动电流，接着使HB和HC、HC和HD、HD和HA，又返回到HA和HB有驱动电流，按这种顺序切换，电机轴按顺时针方向旋转。 表3.1 步进电机激磁方式

步进电机工作原理

步进式电动机 一、前言 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，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 二、感应子式步进电机工作原理 （一）反应式步进电机原理 由于反应式步进电机工作原理比较简单。下面先叙述三相反应式步进电机原理。 1、结构：电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴 线依次分别与转子齿轴线错开。0、1/3て、2/3て,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示），即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3て，C与齿3向右错开2/3て，A’与齿5相对齐，（A’就是A，齿5就是齿1）。 2、旋转：如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转 子不受任何力以下均同）。如B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3て，此时齿3与C偏移为1/3て，齿4与A偏移（て-1/3て）=2/3て。如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3て，此时齿4与A偏移为1/3て对齐。如A相通电，B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3て这样经过A、B、 C、A分别通电状态，齿4（即齿1前一齿）移到A相，电机转子向右转过 一个齿距，如果不断地按A，B，C，A……通电，电机就每步（每脉冲）1/3て,向右旋转。如按A，C，B，A……通电，电机就反转。由此可见：电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。而方向由导电

步进电动机的主要特性

可见，控制步进电动机是由绕组的通电状态变化决定的，而通电状态变化次数则是由指令脉冲数决定的。这也决定了角位移的大小；指令脉冲频率则决定步进电动机的转动速度。只要改变指令脉冲频率，就可以使步进电动机的旋转速度在很宽的范围内连续调节；改变绕组的通电顺序，可以改变它的旋转方向。可见步进电动机控制十分方便。步进电动机的缺点是效率低，带惯量负载能力差，尤其是在高速时容易失步。（中国传动设备网）步距角和静态步距误差：进步电动机的步距角是反映步进电动机定子绕组的通电状态每次改变一次，转子转过的角度。它取决于电动机结构和控制方式。步距角a可按照下式计算：a=360/mzk 式中m-定子数，z-转子齿数；k-控制方式确定的拍数与相数的比例系数。例如三相三拍时，k=1，三相六拍是k=2.步进电动机每走一步的步距角a应是圆周360度的等分值。但是实际的步距角与理论值有误差。在一转内各步距误差的最大值，被定为步距误差。他的大小是由制造精度、齿槽的分布不均匀和气隙不均匀等因素决定的。步进电动机的静态步距误差通常在10以内。 静态距角特性。当步进电动机不改变通电状态时，转子处在不动状态。如果在电动机轴上外加一个负载转矩，使转子按一定方向转过一个角度，此时转子所受的电磁转矩T为静态转矩,角度成为失调角.该特性上的电磁转矩最大值称为最大静转矩.在静态稳定区内,当外加转矩去除时,转子在电磁转矩作用下,仍能回到稳定平衡点位置.各相距角特性差异不应过大,否则会影响到步距精度及引起低频振荡.最大静转矩与通电状态和各相绕组电流有关,但电流增加到一定值时使磁路饱和,就对最大静转矩影响不大了. 起动频率.空载时,步进电动机由静止状态突然起动,并进入不丢步状态的正常运行的最 高频率,成为起动频率或突跳频率.加给步进电动机的指令脉冲频率如大于起动频率,就不能 正常工作,步进电动机在带负载下起动频率比空载时要低,而且,随着负载加大,起动频率会进一步降低.

步进电机测试系统说明书

一、打开软件，出现“配置设置”界面，如下图所示： 1、选择保存配置时，出现如下界面： ● 点击“确定”把当前文件配置参数保存到当前路径中； ● 点击“取消”则不保存； ● 点击下图所示可更改配置文件目录； 点击可更改文件

2、选择载入配置时，出现如下界面： ●点击“确定”即可把当路径文件的各项参数导入至当前测试； ●点击“取消”则导入的文件

3、选择参数界面选定， 3.1选择“设备参数选定”出现如下图所示： 3.1.1 控制器 ●控制器：控制器型号，选择当前测功机控制器的型号，默认为：HD-1020； ●扭矩单位：选择当前测试扭矩的单位。 3.1.2 测功机 ●测功机型号：选择当前马达测试时使用的测功机型号； ●转速光栅个数：有30和60可选； ●转向定义：在不改变实际转向情况下，可以让读取正常或取反； ●持续时间： 3.1.3 功率分析仪 ●功率表型号：本系统没有使用，无需选择 ●功率仪接口：默认为COM1； 3.1.4 电源（本系统暂时没有使用程控电源，如有需要可升级）

3.2 选择“测试参数选定”出现如下图： ●启动电机频率：电机每次启动时的预置频率； ●设置电机转向：设置电机的正转或反转； ●设置电机电流： ●时间单位：测试时间的单位； ●设置电机细分模式：设置步进电机的工作方式； ●电机通迅地址：选择电机与电脑连接的端口； ●步骤：为标记的作用； ●设定频率：为步进电机当前工作的频率； ●测试时间：为测试进行所需的时间； ●UL与LL：上限值和下限值的限制范围，如果超出此范围，则判断为测试不合格，如没填入则不作判断；

步进电机习题

一、名词解释 矩角特性：步距角：运行矩频特性：失调角： 二、不定项选择题 1、正常情况下步进电机的转速取决于( ) A.控制绕组通电频率 B.绕组通电方式 C.负载大小 D.绕组的电流 2、某三相反应式步进电机的转子齿数为50，其齿距角为( ) ° °电角度 °电角度 3、某四相反应式步进电机的转子齿数为60，其步距角为( ) °电角度 °电角度 4、某三相反应式步进电机的初始通电顺序为C B A →→，下列可使电机反转的通电顺序为（ ） A.A B C →→ B.A C B →→ C.B C A →→ D.C A B →→ 5、下列关于步进电机的描述正确的是（） A.抗干扰能力强 B.带负载能力强 C.功能是将电脉冲转化成角位移 D.误差不会积累 三、填空题 1、步进电机的工作原理是 。 2、矩角特性的数学表达式为 。 3、三相反应式步进电机的通电状态包括 、 和 。 4、五相反应式步进电机多相通电时，其最大静转矩为 。 5、提高步进电机的带负载能力的方法有 和 。 四、简答题 1、如何控制步进电机的角位移和转速步进电机有哪些优点 2、步进电机的转速和负载大小有关系吗怎样改变步进电机的转向 3、为什么转子的一个齿距角可以看作是360°的电角度 4、反应式步进电机的步距角和那些因素有关 5、步进电机的负载转矩小于最大静转矩时，电机能否正常步进运行 6、为什么随着通电频率的增加，步进电机的带负载能力会下降 五、计算题 1、有一台四相反应式步进电机，其步距角为°/°，试求： （1）转子齿数是多少（2）写出四相八拍的一个通电顺序；（3）A 相绕组的电流频率为400Hz 时，电机转速为多少

步进电机在汽车制动元件测试系统中的应用

1 什么是步进电机 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。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。 现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等 2 测试系统概述 许多汽车制动元件的检测，例如液压制动系中制动主缸助力器总成的检测，气压制动系中气制动阀的检测，在测试系统中需要用到电机推动滚珠丝杠来模拟在实际汽车制动时踩下制动踏板进行制动的过程，滚珠丝杠推动主缸或者制动阀使其达到汽车制动时所需要的各种工作状态，以便来测试各种性能。而步进电机由于角位移与输入脉冲严格成正比关系，在其运动过程中没有累计误差，跟随性良好，因此选择步进电机是汽车制动元件测试系统中性能较好的执行元件。 3 系统硬件构成 汽车制动元件测试系统中，因为有气压或者液压的压力要测试，所以电磁阀、压力表、压力传感器等是必不可少的，本文只讨论步进电机作为执行元件在制动元件在测试中的应用，故略去压力测试部分。系统硬件组成有位移传感器，力传感器，步进电机；控制核心采用工控机和数据采集卡。 1.1系统硬件选型 某气制动阀检测试验台一台，步进电机选用四通电机，型号57BYG250E—SAFRMC 一0152型混合式步进电机，双极恒流、相电流为15A、2相4线、转子齿数为50齿，步

步进电机的性能指标

步进电机的性能指标 （1）步距角θs 每输入一个电脉冲信号转子转过的角度称为步距角。步距角的大小会直接影响步进电机的起动和运行频率，步距角小的往往起动、运行频率较高。 (2) 最大步距误差：是指步进电机旋转一转内相邻两步之间最大步距和理想步距角的差值，用理想步距的百分数表示。 最大步距累积误差：是指任意位置开始，经过任意步之后，角位移误差的最大值。 静态步距角误差：是指实际的步距角与理论的步距角之间的差值，通常用理论步距角的百分数或绝对值大小来衡量。静态步距角误差小，表示电机精度高。 （3）转矩T 保持转矩（定位转矩）：是指步进电机绕组不通电时电磁转矩的最大值，或转角不超过一定值时的转矩值。 静转矩：是指步进电机不改变控制绕组通电状态，即转子不转情况下的电磁转矩。 最大静转矩Tjmax：是指步进电机在规定的通电相数下矩角特性的转矩最大值。一般说来，最大静转矩较大的电机可以带动较大的负载转矩。 负载转矩TL ：负载转矩和最大静转矩的比值通常取为0.3~0.5左右 动转矩：是指步进电机转子转动情况下的最大输出转矩值。它与运行频率有关。 （4）响应频率 响应频率：是指在某一频率范围，步进电机可以任意运行而不丢失一步的最大频率。通常用起动频率来作为衡量指标。 （5）起动频率fq和起动矩频特性 起动频率（突跳频率）：是指步进电机能够不失步起动的最高脉冲频率。产品目录上一般都有空载起动频率的数据，但在实际使用时，步进电机大都要在带负载的情况下起动，这时负载起动频率是一个重要指标。 起动矩频特性：是指步进电机在一定的负载惯量下，起动频率随负载转矩变化的特性称为起动矩频特性，通常以表格或曲线形式给出。 （6）运行频率fq和运行矩频特性 运行频率：步进电机起动后，当控制脉冲频率连续上升时能不失步的最高频率称为运行频率。通常给出的也是空载下的运行频率。 运行矩频特性：当电机带着一定负载运行时，运行频率与负载转矩大小有关，两者的关系称为运行矩频特性。 必须注意：步进电机的起动频率、运行频率及其矩频特性都与电源型式有密切关系，使用者必须了解技术数据给出的性能指标是在怎样型式的电源下测定的。一般来说，高低压切换型电源其性能指标较高，如使用时改为单一电压型电源，则性能指标要相应降低。 （7）额定电流 电机不动时每一相绕组容许通过的电流定为额定电流。当电机运转时，每相绕组通过的是脉冲电流，电流表指示的读数为脉冲电流平均值。绕组电流太大，电机温升会超过容许值。（8）额定电压 步进电机额定电压指的是驱动电源应供给的电压，一般不等于加在绕组两端的电压。

PLC课程设计步进电机

电气控制技术 课程设计 题目: 步进电机的控制 院系名称：电气工程学院 成绩： 指导老师签名：

目录 1 系统概述 (1) 1.1 对被控对象步进电机控制的分析 (1) 1.2 设计的目的及工作内容 (1) 2 方案论证 (2) 2.1 开环控制系统 (2) 2.2 闭环控制系统 (2) 3 硬件设计 (3) 3.1 系统的原理方框图 (3) 3.2 I/O分配 (3) 3.3 主电路及I/O接线图 (4) 3.4 元器件选型 (4) 3.4.1 步进电机选型 (4) 3.4.2 PLC选型 (5) 3.4.3 按钮选型 (6) 3.4.4 熔断器选型 (6) 3.5 元件清单 (7) 4 软件设计 (4) 4.1 主流程 (8) 4.1.1 转速控制 (8) 4.1.2 正反转控制 (9) 4.1.3 步数控制 (9) 4.1.4 程序流程图 (9) 4.2 梯形图及其功能注释 (10) 5 系统调试 (14) 5.1 软件调试 (14) 5.2 硬件调试 (14) 5.2.1 转速控制过程 (14) 5.2.2 正反转控制过程 (14) 5.2.3 单步执行控制过程 (14) 5.3 调试结果分析 (14) 设计心得 (15) 参考文献 (16)

1 系统概述 1.1 对被控对象步进电机控制的分析 三相步进电动机是一种将电脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件。步进电机的输出位移量与输入脉冲个数成正比，其转速与单位时间内输入的脉冲数（脉冲频率）成正比，其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的相序有关。所以只要控制指令脉冲的数量、频率及电机绕组通电相序，便可控制步进电机的输出位移量、速度和转向。步进电机具有较好的控制性能，其启动、停车、反转及其它任何运行方式改变，都在少数脉冲内完成，且可获得较高的控制精度，因而得到了广泛的应用。典型步进电机外观如图1-1。 图1-1典型步进机 1.2 设计的目的及工作内容 本设计的主要研究内容是以三菱FX2N系列PLC（可编程逻辑控制器）为核心控制步进电机，及其相关外围电路组成的控制电路设计。可以通过对几个开关按钮的控制来实现对步进电机转动的方向、速度和步数的控制。 用PLC控制三相六拍步进电机实现如下操作，其控制要求如下： 三相步进电动机有三个绕组：A、B、C，正转的顺利为：A-AB-B-BC-C-CA-A；反转的顺利为：A-CA-C-BC-B-AB-A。 1.要求能实现正、反转控制，而且正、反转切换无须经过停车步骤。 2.具有两种转速： （1）开关闭合，则转过一个步距角需0.5s。

步进电机闭环控制系统

步进电机闭环控制系统

几种典型的步进电机闭环控制系统 哈尔滨工业大学 【摘要】系统阐述了步进电动机闭环控制系统的优点，给出了几种典型的闭环控制系统，并提出了步进电动机高精度定位系统的设计思想。【叙词】步进电机闭环系统／高精度定位 l概述 步进电机是机电一体化产品中的关键元件之一，是一种性能良好的数字化执行元件。它能够将电的脉冲信号转换成相应的角位移，是一种离散型自动化执行元件。随着计算机控制系统的发展，步进电动机广泛应用于同步系统、直线及角位系统、点位系统、连续轨迹控制系统以及其它自动化系统中，是高科技发展的一个重要环节。 2步进电动机闭环系统与开环系统比较[1- 步进电机的主要优点之一是适于开环控制。在开环控制下，步进电动机受具有予定时间间隔的脉冲序列所控制，控制系统中无需反馈传感器和相应的电子线路。这种线路具有简单、费用低的特点，使步进电动机的开环控制系统得以广泛的应用。

c．闭环控制下，效率一转矩曲线提高。 d．采用闭环控制，可得到比开环控制更高的运行速度，更稳定、更光滑的转速。 e.利用闭环控制，步进电动机可自动地、有效地被加速和减速。 f．闭环控制相对开环控制在快速性方面提高的定量评价，可借助比较Ⅳ步内通过某个路径间隔的时间得出： 式中n-步进电动机转换拍数(N>n) g．应用闭环驱动，效率可增到7.8倍，输出功率可增到3.3倍，速度可增到3.6倍。 闭环驱动的步进电机的性能在所有方面均优于开环驱动的步进电动机。步进电机闭环驱动具有步进电动机开环驱动和直流无刷伺服电机的优点。因此，在可靠性要求很高的位置控制系统中，闭环控制的步进电动机将获得广泛应用。3编码器形式的步进电动机阕环控制系统步进电机的闭环控制最早是采用编码器的形式，图1是其原理示意图。初始状态，系统受一相或几相激磁而静止。开始工作后，先把目标位置送入减法计数器；然后，“起动”脉冲信号加到

步进电机常识与矩频曲线

步进常识 1.什么是步进电机? 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（及步进角）。您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；同时您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。 2.步进电机分哪几种? 步进电机分三种：永磁式（PM），反应式（VR）和混合式（HB）永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。 这种步进电机的应用最为广泛。 3.什么是保持转矩（HOLDING TORQUE）? 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。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最重要的参数之一。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。 4.什么是DETENT TORQUE?(起动转扭) DETENT TORQUE 是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。DETENT TORQUE 在国内没有统一的翻译方式，容易使大家产生误解；由于反应式步进电机的转子不是永磁材料，所以它没有DETENT TORQUE。 5.步进电机精度为多少？是否累积? 一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。 6.步进电机的外表温度允许达到多少? 步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。 7.为什么步进电机的力矩会随转速的升高而下降?

课程设计-三相步进电机

南华大学电气工程学院 《电子技术课程设计》任务书 设计题目：步进电机控制电路 专业：本10电力02班 学生姓名: 邓鹏学号: 20104450226 起迄日期: 2012年9月28日—2012年12月28日指导教师:刘原欧阳宏志 教研室主任：苏泽光

目录 1 设计任务和要求 (2) 2电路原理分析 (3) 3 矩形波产生电路（含555电路） (4) 4 三相三拍脉冲分配器 (5) 5三相六拍脉冲分配器 (5) 6功放电路部分 (7) 7电路总原理图 (7) 8三相三拍脉冲分配器仿真图及PCB (8) 9三相六拍脉冲分配器部分仿真图及PCB图 (9) 10元件清单 (11) 11心得体会 (12)

步进电动机的控制电路 一、设计任务和要求 1、设计任务 设计制作步进电机的控制电路。 2、设计要求 (1)使用D触发器或主从JK触发器设计一个兼有三相六拍、三相三拍两 种工作方式的脉冲分配器。 (2)能控制步进电机作正向和反向运动。 (3)设计电路工作的时钟信号频率为10-100Hz。 (4)设计驱动步进电机的脉冲放大电路，使之能驱动一个相电压为24V， 相电流为0.2A的电机工作。 二．电路原理分析 1.设计要求分析 图1 三相步进电机原理图 步进电动机是一种用脉冲控制的电动机，它能将脉冲信号转换成相应的角位移。下面以反应式步迸电动机为例，说明它的结构和工作原理。 如图是三相步进电动机的结构图。从图中可以看出，电动机的定子上有六个等分的磁极，AA'、BB'、CC'，每两个相对的齿构成一相。每相上绕有一组线圈。转子有四个齿，上边不绕线圈。当A相通电，B、C相都不通电时，那么由于AA'

步进电机控制系统课程设计

步进电机控制系统课程设计 一、 3 1. 系统设计摘要 (3) 2. 系统设计概要 (3) （1）设计目的 (3) （2）设计内容 (3) （3）工作原理 (3) I.步进电机工作原理 II.设计工作原理 二、 (5) 1总体设计.......................................... 5 2．系统控制电路 (5) 三、.......................................... 8 1总体设计.......................................... 8 （1）设计思想.......................................... 8 （2）系统总体流程图.................................... 9 2关键模块设计. (10) 1开关控制流程图.................................... 10 2通电方式流程图 (11) (12) (13) (16) 1.

步进电动机是机电数字控制系统中常用的控制元件之一。由于其精 度高，体积小，控制方便灵活，因此在智能仪表和位置中得到了广泛应 用。如在绘图机，打印机及光学仪器中，都采用了步进电机。 步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，它的用途是将电脉冲 转化为角位移，通俗地说：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（及步进角）。通过控制 脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时通过控 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 进电机是一种将脉冲信号转换成直线位移或角位移的控制微电机,其步 距角位移和转速分别与输入电机绕组的脉冲个数和脉冲频率成比例;它 易于实现与计算机或其它数字元件接口，适用于数字控制系统。本设计 通过一种设计方案，包括硬件的介绍和组建、硬件原理图和软件流程图 的设计、源程序的编写等，介绍一种基于单片机的步进电机运行控制系 统。 2. a. 了解步进电机的基本结构和工作原理； b. 了解步进电机的的基本控制原理； c. 掌握用单片机的步进电机控制系统的硬件设计方法； d. 熟悉步进电机驱动程序的设计与调试并使用仿真软件进行调试； e. 掌握控制步进电机的步数、转向、启停等功能的程序设计方法； f . 提高单片机应用系统设计和调试水平。 设计一个单片机控制三相步进电机控制系统，系统具有如下功能： a. 电机启停由K3键控制，方向控制由K4控制； b. 通电方式选择由K0-K2键决定，K0为单三拍，K1为双三拍，

步进电机基本知识

步进电机基本知识(2009-01-08 13:51:30) 1、步进电机：是一种将电脉冲转化为角位移或线位移的执行机构。其特点是没有积累误差（精度为100%），广泛应用于各种开环控制。 2、步进电机分类：永磁式（PM），反应式（VR），混合式（HB）。 3、保持转矩：是指步进电机通电，但没有转动时，定子锁住转子的力矩。 4、精度：为步进角的3～5%，且不累积。 5、细分驱动器：是通过改变相邻（A，B）电流的大小，以改变合成磁场的夹角来控制步进电机的运转的。细分功能完全是由驱动器靠精确控制电机的相电流所产生的，与电机无关。对于2，4相电机，细分后的步距角等于电机的整步步距角除以细分数。对于3相反应式电机，细分后的步距角等于电机的半步步距角除以细分数。 6、步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。0.9°/1.8°（表示半步工作时为0.9°，整步工作时为1.8°）此步距角为电机固有步距角。 7、相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。常用m表示。 8、失步：电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。称之为失步。 9、最大空载起动频率：电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接起动的最大频率。 10、最大空载运行频率：电机在某种驱动形式，电压及额定电流下，电机不带负载的最高转速频率。 11、步进电机最好不使用整步状态，整步状态时振动大。 12、电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。方向由导电顺序决定。控制步进脉冲信号的频率，可以对电机进行精确调速；控制步进脉冲的个数，可以对电机进行精确定位。

13、步进电机驱动器：是把计算机控制系统提供的弱信号放大为步进电机能够接受的强电流信号。 14、拍数：是完成一个磁场周期性变化所需脉冲数。指电机转过一个齿距角所需脉冲数。 15、脱机信号free：此信号为选用信号，并不是必须要用的，只有在一些特殊情况下使用，此端为低电平有效，这时电机处于无力矩状态；此端为高电平或悬空不接时此功能无效，电机可正常运行，此功能若用户不采用，只需将此端悬空即可。 16、CP脉冲宽度一般要求不小于2us。 17、CP电平方式：对于共阳接法的驱动器要求为负脉冲方式，脉冲状态为低电平，无脉冲时为高电平；对于共阴接法的驱动器要求为正脉冲方式，脉冲状态为高电平，无脉冲时为低电平。 18、dir信号：一定要在电机降速停止后再换向。 19、步进电机在启动时，必须有升速过程；在停止时必须有降速过程，一般来说升速过程和降速过程规律相同。特例：步进电机运行速度不超过突跳频率，这时不存在升降速问题。 20、自动半电流功能：驱动机在步进脉冲信号停止施加2S左右，会自动进入半电流状态，这时电机相电流为运行时的一半，以减少功耗和保护电机。 21、细分优点：完全消除了电机的低频振荡。 22、步进电机的工作性能在很大程度上取决于所使用的驱动电路的类型和参数。 23、常用的有两相，四相混合式步进电机。 24、电机是有内阻的感性负载。 25、步进电机驱动方式：恒压，恒流，恒流斩波，使同样电机输出更大速度和功率。 26、步进电机启动：A、低初速度，低加速度阶段

步进电动机.doc

步进电动机 概述 1. 特点：步进电动机是一种将数字式电脉冲信号转换成机械角位移的机电信号，它的机械角位移与输入的数字脉冲信号有着严格的对应关系：即一个脉冲信号可以使步进电动机前进一步，因此，又被称为脉冲电动机。是一种比较理想的执行元件。 步进电动优点比较多：可以直接实现数字控制，控制性能好，无摩擦，抗干扰能力强，误差不长期积累，具有自锁能力和保持转矩的能力。 2. 分类：主要有反应式、励磁式等。反应式步进电动机的转子上没有绕组，依靠变化的磁阻生成磁阻转矩工作。励磁式步进电动机的转子上有磁极，依靠电磁转矩工作。反应式步进电动机的应用最为广泛，它有两相、三相、多相之分，也有单段、多段之分。 §3-1 基本原理 一、 反应式步进电动机的结构特点 步进电动机由定子和转子两大部分组 成。 例：三相反应式步进电动机的结构简图 如图3.1所示，定子有六个磁极，每相对磁 极构成一相控制绕组，转子上有均布的四个 齿。 概念：齿距就是相邻两齿中心线（或称齿轴 线）的夹角，又称为齿距角，计算公式为： 图3-1 三相反应式步进电机模型 r ch Z 360=θ （3-1） ch θ— 齿距角； r Z — 转子齿数 二、工作原理：

1.基本原理： 反应式步进电动机是由通电相控制绕组使该相控制极建立磁场，由于转子齿槽磁导的差异，当定子齿轴线与转子齿轴线不一致时，磁极对转子齿将产生吸力，进而形成电磁转矩—反应转矩，并最终使转子齿轴线转至与定子磁极齿轴线一致，转据磁导最大的位置。如果按照一定的顺序给各相控制绕组轮流通电，将在定子内空间形成步进式磁极轴旋转，转子在反应式电磁转矩的作用下，随之作步进式转动。 （a）A相通电（b）B相通电（c）C相通电 图3-2 反应式步进电动机的工作原理图 例：四相反应式步进电动机局部展开图，它有八个控制磁极，每磁极上带有五齿四槽，转子上有均布的50个齿槽，则每相邻相磁极中心线夹角—极距角 图3-3四相反应式步进电动机局部展开图 经过四次换接通电状态，就完成了一个循环。 拍：称每一次通电状态的换接为拍，每一拍转子相应旋转一个步距角；把完成一个通电状态循环所需要换接的控制绕组相数或通电状态次数称作拍数，用N表

步进电机工作原理特点及应用

步进电机工作原理,特点及应用 - 步进电机工作原理,特点及应用 一、前言 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，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，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。 目前,生产步进电机的厂家的确不少，但具有专业技术人员，能够自行开发，研制的厂家却非常少，大部分的厂家只一、二十人，连最基本的设备都没有。仅仅处于一种盲目的仿制阶段。这就给户在产品选型、使用中造成许多麻烦。签于上述情况，我们决定以广泛的感应子式步进电机为例。叙述其基本工作原理。望能对广大用户在选型、使用、及整机改进时有所帮助。 二、感应子式步进电机工作原理 （一）反应式步进电机原理 由于反应式步进电机工作原理比较简单。下面先叙述三相反应式步进电机原理。 1、结构： 电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。 0、1/3て、2/3て,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示），即A与齿1相对齐，B

与齿2向右错开1/3て，C与齿3向右错开2/3て，A'与齿5相对齐，（A'就是A，齿5就是齿1）下面是定转子的展开图： 2、旋转： 如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力以下均同）。 由此可见：电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。 不难推出：电机定子上有m相励磁绕阻，其轴线分别与转子齿轴线偏移1/m,2/m……(m-1)/m,1。并且导电按一定的相序电机就能正反转被控制——这是步进电机旋转的物理条件。只要符合这一条件我们理论上可以制造任何相的步进电机，出于成本等多方面考虑，市场上一般以二、三、四、五相为多。 3、力矩： 这样经过A、B、C、A分别通电状态，齿4（即齿1前一齿）移到A相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A，B，C，A……通电，电机就每步（每脉冲）1/3て,向右旋转。如按A，C，B，A……通电，电机就反转。不过，出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用A-AB-B-BC－C-CA-A这种导电状态，这样将原来每步1/3て改变为1/6て。甚至于通过二相电流不同的组合，使其1/3て变为1/12て，1/24て，这就是电机细分驱动的基本理论依据。电机一旦通电，在定转子间将产生磁场（磁通量Ф）当转子与定子错开一定角度产生力F与（dФ/dθ）成正比 S