步进电机实例

1、步进电机控制例子我们使用的单极四相步进电机为例。其结构如图1： 四个绕组引出四相(相A1相A2相B1相B2)和两个公共线(接到电源的正极)。把绕组的某一相接到电源的地线。这样该绕组就会受到激励。我们采用四相八拍的控制方式，即1相与2相交替导通，这样可提高分辨率。每一步可转0.9°控制电机正转的励磁顺序如下表： 若要求电机反转，将励磁信号倒过来传送即可。 2 控制方案 控制系统的框图如下 本方案采用AT89S51作为主控制器件。它与AT89C51兼容，同时还增加了SPI接口和看门狗模块，这不但使程序调试变得方便而且也使程序运行更加稳定。在方案中该单片机主要实现现场信号的采集并计算出步进

2、电机运转的方向和速度信息。然后传送给CPLD。 CPLD采用EPM7128SLC84-15，EPM7128是可编程的大规模逻辑器件，为ALTERA公司的MAX7000系列产品。具有高阻抗、电可擦等特点，可用单元为2500个，工作电压为+5V。CPLD接收到单片机发送过来的信息后，转换成对应的控制信号输出给步进电机驱动器。驱动器则把控制信号处理后输入电机绕组，实现了电机的有效控制。 2.1 电机驱动器硬件结构 电机的驱动器采用如下电路： 其中R1-R8的电阻值为320。R9-R12的电阻值为2.2K。Q1-Q4为达林顿管D401A，Q5-Q8为S8550。J1、J2与步进电机的六条引线相连 编辑

3、本段步进电机优缺点优点1 电机旋转的角度正比于脉冲数； 2 电机停转的时候具有最大的转矩（当绕组激磁时）； 3 由于每步的精度在百分之三到百分之五，而且不会将一步的误差积累到下一步因而有较好的位置精度和运动的重复性； 4 优秀的起停和反转响应； 5 由于没有电刷，可靠性较高，因此电机的寿命仅仅取决于轴承的寿命； 6 电机的响应仅由数字输入脉冲确定，因而可以采用开环控制，这使得电机的结构可以比较简单而且控 制成本 7 仅仅将负载直接连接到电机的转轴上也可以极低速的同步旋转。 8 由于速度正比于脉冲频率，因而有比较宽的转速范围。 缺点1 如果控制不当容易产生共振； 2 难以运转到较高的转速。 3.

4、 难以获得较大的转矩 4. 在体积重量方面没有优势，能源利用率低。 5. 超过负载时会破坏同步，高速工作时会发出振动和噪声。 编辑本段步进电机驱动方法步进电动机不能直接接到工频交流或直流电源上工作，而必须使用专用的步进电动机驱动器，如图2所示，它由脉冲发生控制单元、功率驱动单元、保护单元等组成。图中点划线所包围的二个单元可以用微机控制来实现。驱动单元与步进电动机直接耦合，也可理解成步进电动机微机控制器的功率接口，这里予以简单介绍。    图2 步进电动机驱动控制器? 图2 步进电动机驱动控制器 1、单电压功率驱动接口?实用电路如图3所示。在电机绕组回路中串有电阻Rs，使电机

5、回路时间常数减小，高频时电机能产生较大的电磁转矩，还能缓解电机的低频共振现象，但它引起附加的损耗。一般情况下，简单单电压驱动线路中，Rs是不可缺少的。Rs对步进电动机单步响应的改善如图3(b)。    图3 单电压功率驱动接口及单步响应曲线? 图3 单电压功率驱动接口及单步响应曲线    图4 双电压功率驱动接口? 图4 双电压功率驱动接口 2、双电压功率驱动接口?双电压驱动的功率接口如图4所示。双电压驱动的基本思路是在较低（低频段）用较低的电压UL驱动，而在高速（高频段）时用较高的电压UH驱动。这种功率接口需要两个控制信号，Uh为高压有效控制信号，U为

6、脉冲调宽驱动控制信号。图中，功率管TH和二极管DL构成电源转换电路。当Uh低电平，TH关断，DL正偏置，低电压UL对绕组供电。反之Uh高电平，TH导通，DL反偏，高电压UH对绕组供电。这种电路可使电机在高频段也有较大出力，而静止锁定时功耗减小。 3、高低压功率驱动接口?    图5 高低压功率驱动接口? 图5 高低压功率驱动接口 高低压功率驱动接口如图5所示。高低压驱动的设计思想是，不论电机工作频率如何，均利用高电压UH供电来提高导通相绕组的电流前沿，而在前沿过后，用低电压UL来维持绕组的电流。这一作用同样改善了驱动器的高频性能，而且不必再串联电阻Rs，消除了附加损耗。高低

7、压驱动功率接口也有两个输入控制信号Uh和Ul，它们应保持同步，且前沿在同一时刻跳变，如图5所示。图中，高压管VTH的导通时间tl不能太大，也不能太小，太大时，电机电流过载；太小时，动态性能改善不明显。一般可取13ms。（当这个数值与电机的电气时间常数相当时比较合适）。分页 4、斩波恒流功率驱动接口?恒流驱动的设计思想是，设法使导通相绕组的电流不论在锁定、低频、高频工作时均保持固定数值。使电机具有恒转矩输出特性。这是目前使用较多、效果较好的一种功率接口。图6是斩波恒流功率接口原理图。图中R是一个用于电流采样的小阻值电阻，称为采样电阻。当电流不大时，VT1和VT2同时受控于走步脉冲，当电流超过恒流

8、给定的数值，VT2被封锁，电源U被切除。由于电机绕组具有较大电感，此时靠二极管VD续流，维持绕组电流，电机靠消耗电感中的磁场能量产生出力。此时电流将按指数曲线衰减，同样电流采样值将减小。当电流小于恒流给定的数值，VT2导通，电源再次接通。如此反复，电机绕组电流就稳定在由给定电平所决定的数值上，形成小小的锯齿波，如图6所示。    图6 斩波恒流功率驱动接口? 图6 斩波恒流功率驱动接口 斩波恒流功率驱动接口也有两个输入控制信号，其中u1是数字脉冲，u2是模拟信号。这种功率接口的特点是：高频响应大大提高，接近恒转矩输出特性，共振现象消除，但线路较复杂。目前已有相应的集成功率模

9、块可供采用。 5、升频升压功率驱动接口?为了进一步提高驱动系统的高频响应，可采用升频升压功率驱动接口。这种接口对绕组提供的电压与电机的运行频率成线性关系。它的主回路实际上是一个开关稳压电源，利用频率-电压变换器，将驱动脉冲的频率转换成直流电平，并用此电平去控制开关稳压电源的输入，这就构成了具有频率反馈的功率驱动接口。 6、集成功率驱动接口?目前已有多种用于小功率步进电动机的集成功率驱动接口电路可供选用。 L298芯片是一种H桥式驱动器，它设计成接受标准TTL逻辑电平信号，可用来驱动电感性负载。H桥可承受46V电压，相电流高达2.5A。L298(或XQ298，SGS298)的逻辑电路使用5V电源

10、，功放级使用546V电压，下桥发射极均单独引出，以便接入电流取样电阻。L298(等)采用15脚双列直插小瓦数式封装，工业品等级。它的内部结构如图7所示。H桥驱动的主要特点是能够对电机绕组进行正、反两个方向通电。L298特别适用于对二相或四相步进电动机的驱动。分页    图7 L298原理框图? 图7 L298原理框图 与L298类似的电路还有TER公司的3717，它是单H桥电路。SGS公司的SG3635则是单桥臂电路，IR公司的IR2130则是三相桥电路，Allegro公司则有A2916、A3953等小功率驱动模块。 图8是使用L297(环形分配器专用芯片)和L298构成的

11、具有恒流斩波功能的步进电动机驱动系统。    图8 专用芯片构成的步进电动驱动系统? 图8 专用芯片构成的步进电动驱动系统 编辑本段步进电机驱动器的特点?（1）构成步进电机驱动器系统的专用集成电路： A、脉冲分配器集成电路：如三洋公司的PMM8713、PMM8723、PMM8714等。 B、包含脉冲分配器和电流斩波的控制器集成电路：如SGS公司的L297、L6506等。 C、只含功率驱动（或包含电流控制、保护电路）的驱动器集成电路：如日本新电元工业公司的MTD1110（四相斩波驱动）和MTD2001（两相、H桥、斩波驱动）。 D、将脉冲分配器、功率驱动、电流控制和保护电路都

12、包括在内的驱动控制器集成电路，如东芝公司的TB6560AHQ、MOTOROLA公司的SAA1042（四相）和ALLEGRO公司的UCN5804（四相）等。 （2）“细分驱动”概述： 将“电机固有步距角”细分成若干小步的驱动方法，称为细分驱动，细分是通过驱动器精确控制步进电机的相电流实现的，与电机本身无关。其原理是，让定子通电相电流并不一次升到位，而断电相电流并不一次降为0（绕组电流波形不再是近似方波，而是N级近似阶梯波），则定子绕组电流所产生的磁场合力，会使转子有N个新的平衡位置（形成N个步距角）。 编辑本段步进电机驱动要求（1） 能够提供较快的电流上升和下降速度，使电流波形尽量接近矩形。 具有供截止期间释放电流流通的回路，以降低绕组两端的反电动势，加快电流衰减。 （2） 具有较高韵功率及效率。 步进电机驱动器，它是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移，或者说：控制系统每发一个脉冲信号，通过驱动器就使步进电机旋转一个步距角。也就是说步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。所以控制步进脉冲信号的频率，就可以对电机精确调速；控制步进脉冲的个数，就可以对电机精确定位。步进电机驱动器有很多，我们应以实际的功率要求合理的选择驱动器，下面分别介绍各类典型的驱动器。 编辑本段最新技术发展国内外对细分驱动技术的研究十分活跃，高性能的细分驱动电路，可以细分