步进电机本体及控制技术的发展

1、步进电机本体及控制技术的发展20世纪20牛兀典區人硏利凶了步址电机.白克20世纪50隼牝人1】才将冷时推明的晶体借应用左了苗进电机匕呂伸昔的尚用悝得岀迹电机的桂时变得見为简牟.驴垃梟剤讨U术的卡酋过进便得爼攻咆虬的卅.递占f潢大餉搓聶.払进电肌毡有的忧点唱Uisr泛应用干需要高定慨精度、崗灵敏廈、廉可界性前丄控场合中.歩进电机何世以后很氓就确定了其在贏甘辨辜、离灵敬度的开阡数揑系统中的地糧,在工业控利嵋域中範庇用12有30基年的历史丫目前它的作用1L没肖其他荚唱的电机可L丄替比正因为虻址使技涉进电机亡经发加戌为喘交fl盅电机捋的躬三庆鱼咆机.在歩进电机的授JK历程屮，先厉出现了很券种養眾的步进

2、电机I这雙步雉电机按轴构和工柞原理可以分为二大粪，即反应犬.永盛式.电倉置？在欧突和H本尊T业贋玉国康*閱都毘昭劃反吨罠年进电机.但是宙护轧应式步进电机的效率丸厳、诅行辻理中的赧刖和囉音腰大等辈心便樹JI遛血號淘朮.永摇式步进电机由于量到转子氷直怵在机犠加工方at前n制导致耳歩距角比较大、运行时的步距棒度敬低.但崔由于jt定转于采用了成車敦恢的爪式醴构冬咼英具有制造工艺御革、价富便宜的忧点.醤而广泛应用于时桂骯要求较低的控制场含©混合式步谡电机則具备了辰应式和水强式步进电机的优点*成为対性墟腔条竝齣的丄业自功化场住妁应用主注.在煤樹它是和反应丸歩进斑机一同冏谀起来的'帝来由十

3、我口号的优白币遷曲眸代丁反画式步淮电机戒为丄沆，汀我国对于费班吧机的研就丄怕起涉駁灌直列円汗年国内只有淆华大学、华中理；扎学等工科较垂的為枝存肢車步朮见机的讲龙工柞到了创年代巾于唸別苏荻的举响.国内对于歩谨电机他研发主要以反薩式步进电机为左.70年代找恆研发费控机床、蛙桎切割机野数揑设曙的工作祀撞大程度上促进了步避电M在灵国的到了7D年代来期.霍国械功冊也说了审子具杆5亍觌，转子斤有嗣齿的三松氏应置抑进电机郴定了具禅w八崔、Kftitjion个齿的壬蛇民应式步进电机-到了盹年代切期，轅国虫开蛤硏发涯酋式血进电机刚开拾主累理硏從定子具育*个览*辆子具有刃个齿的两相程舍武歩进电机.后来只开姑研炭定

4、子具自io令代，战于貝歼負个齿的五梱羯合式步进电机。经过近】o年的5?力我国的混合式步进电in技术己弓国外技术郴接近但楚由丁我国的工业水平还是比较的落后.因此产品的更新换代相比国外來说还明显较ML反应式步进电机虽然效率低运行过程申的娠动较大，但是其价籽便宜技术牧为成熟.坚固耐用，便得出时我国步进电机的生产还肚以反应式步进电机为主。步进电机的创适技术虽然己轻比较成熟.但足其件能仍在不浙地握高和改莒.应用最为广泛的混令式步进电机正在朗右以下几个方向发展：1）体枳小星化：（2）状由例形改为方形.以提高扭矩输出：3）梅位賈传感器、变速器等裝宦与电机本休集成在起：（4）在控制技术方而加入败控技术.例如单

5、片机.DSP（数字信号处理誌）、PLC（可编程逻辑控制爲竽叫这一系列历技术的应用使得步进电机的运行更加花定可靠响应速度更快.迄位精度更高.从多方面提升了步进电机的TfV性能.步进电机翌动技术的发展近年来步进电机奧动技术发展得十分迅途.在我国步进电机的应月虽然放早.但是步进电机驱动技术的发展却比较落后，塑动技术的落后6：很大程度丄制约廿步进电机技术的XW-传统的单电乐带电阻的驱动方式.由干采用的元器件较多.工作稳定性差成本相对较島，再加Z生产厂家没有一个统一的工艺标准.便得这种倍统的極动方式已经逐步被淘汰近些年步进电机驱动技术的发展以"电谎型控制"为主.传址的駆动方式只控制步

6、进电机绕组电流的通断.因此.在转子齿数不变的情况下要想堤高运彳亍时的分拼率只能改变绕组的相数.电流波形控制技术可以很容玄地将步进电机的步更角进行细分.从而实现对步进电机的细分控割.囚内外科研人员从20世纪70年代便开妃研究步进电机的细分駆动技术.但足细分驰动技术宜到20世纪90年代才发展得牧为成熟.细分驱动技术可以在不改变步进胆机相数的前提下提岛步进电机的步进精度.降低转矩融动和运行时时噪音.从而提高步进电机的动杰性能”：目前步逬电机的菱动经荒采用恒址药波驱动、细分駆动、升频升E驱动.这便得步进电机运行时的运行菇度和穆定性得到了腹人程度的提高，使得步进电机的驱动技术诩若情密化、莊速化、简单化的

7、方向发展.在电力电子揺件方面，最初步进电机的驱动器釆用品闸管作为功放元件，晶闸管作为半控住电力电子器件M于第一代电力电子器件.由于晶闸苦属尸只可以控霑（导通、不可以拒制关断的半控犁电力电子銓件.因此品闸律一旦静通rto要想关旣0是比牧宙4J的.如果炊关斷已经导通了的晶闸化必復利用外电伍和外电路的作用便得肘闸管中的丁作电流减小到接近千零的救值以F”：51然晶何管的触发简单但是采用品闸许设计的步进电机驱动券钱將复杂.效率低、稳龙性差.抗干扰能力差.而1开关较車低.导致步进电机在运行过程中会产生校大的转矩脉动.捺端和噪咅.后来.葫不电力电子技术的不断发廉和电力电子器件制造工艺的不斷提离.大功率晶体管

8、逐步取代了聶闸管成为歩进电机驱动器的主要功放元件.20世纪80年代示，电力电子技术的发展进入了个崭新的时代.信总技术与电力电子技术相结合产生了一系列全控型高频化、大功率，并且采用集成丁艺的电力电子滞件其中典型的代表佝：门极可关断品刚晋（GTO）.电力聶休管（GTR人电力场效应晶体管（电力MOSFET）.绝缘栅双楼品体管<1GBT>>50的电压和电流容W较大.电流步益牧小，大多应用于犬功华场合CHRMtT耐岛E、大电流开关待性好的特点.大多应用于中.小功率场合。电力MOSFFT具有琢动电烙简单.开关速度快.热稳定性较好的特点.大多应用于功率在lOkW以下的场令.电力MOSFET

9、常常作为功率开关器件应用丁混合式步进电机的駆功誥中.随着电力电f技术的不断发廉，人们対于电力电子器件的性能要求也越*越高.为了综合GIR和电力MOSFET的优点而达到相互耿长补短的效果.人们研制岀（IGBTeIGBT貝有开关频举高、损耗小、耐跑流冲击德力强、耐压能力强的特点.大多应用于高歿率及大功申场合.在高連型大功率的步进电机驱动器中较为常见“在中、小甲步进电机的第动器中较为常见的还有功率集成电路.这种共成电路可以将功率开关管、0动电路.控制芯片.保护电期祁集成在一块印制电路板上，这种集成电路具有结构简用.可旅性节省成本的优点.因此应用较为广泛.在微控制舀方面.步进电机的控制雅主要采用单片机

10、或者数字信号处理S（DSP）.由于步进电机的控制属于幵环控制且中片巩貝有结枸简巾高性价比的特点.因此步进电适合于弟片机控制.步进电机的冷片机控制由J3初的以8051系列单片机为主.刘后来的以80C51系列为主.再到现各的采用低功耗单片机作为控制器.例如MSP43O低功耗单片机虽撚采用单片机作为控制芯片可以便控制系统电路更加简故.但是必须配备许多外围汝备才能实现其控制功能.这样不仅障低了控制系统在运行过程中的便定性和可靠性.还增加了控制系统疑件的協护难发和成本。步ii电机的单片机控制技术正朝若功能更加完善.外养扩贱更加丰宙、能耗更低的方向发展.尽煌单片机貝有结构简戟、离性价比的特点.但杲随肴丄业

11、竝制慈域自动控制技术的不斷发展.步进电机的控制也对微处理签技术提出了更高的要求.由F单片机的运算速度有阳因此对于更为复杂的高级第法单片机就无法满足需求了°为了満足这亠市场需求，许多DSPJ家推岀了计絆能力更为强大的DSP控制芯片.这空DSP控制芯片还能提供大虽的英他片丄资两，在提高微控制器的运算能力的同时.还W以捉高拎;M系统的稔定性和灵活性.也丰富了控制系统的其它功能随着电力电子技术.计算机技术、信总技术的不断发展.步进电机的控制技术生吸枚这三大技术发展成只的辛础上正朝若数字化、集成化.智能代的方向发展.步进电机作为故字強制式的伺服电机，具有成本低.必療控.定位楕度离.不几有養稅溟左等优点，已被广泛应用于散控装诃、伺服系统.印刷和包装设备等工业自动化皴域中在三岬常用的步进电机中.泯合式步进电机只备了反应式和水48式步进电机的优点.因此它比其它