某房地产住宅项目地下空间经济性控制标准

上海万科住宅项目地下空间经济性控制标准编制人：编制日期：2009-04-版次：1.0本标准使用说明一、本标准适用范围：地域：上海市；项目性质：住宅。二、本标准制定作用：据此衡量各项目地下空间的经济性，协助经济性决策。三、本标准制定原则：按项目开发的先后顺序，穷举涉及地下空间经济性的所有问题，以便进行单项定量定性判断，对于某些关键问题的组织还须给出综合性判断。为使本标准容易得出单纯的结论，方便使用，在此只立足于经济性的角度来考虑地下空间的设置。四、本标准使用原则：在具体项目中必然存在其他因素的制约，请使用者务必综合其他因素作出相应决策。五、本标准所涉及的三个阶段：（加深部分为本次重点分析内容）

第一阶段：指标设定

——旨在通过合理计算，以及与政府部门合理沟通。在既定住宅量的前提下尽可能减低各种与地下空间有关的功能的配置量。

第二阶段：开发决策

——旨在通过分析住宅项目本身的情况（住宅形式）、分析各种地下空间形式的经济性等级。在既定配置量的前提下尽可能利用由于结构原因必然存在的地下空间、从而尽可能少地设置地下空间量，在既定地下空间量的前提下尽可能采用最经济的地下空间形式。

第三阶段：设计控制

——在排除等相对较不经济的地下空间形式之后，通过对最常用的单层全地下空间所涉及的多个方面进行仔细严格的权衡。在既定地下空间量和最常见的地下空间形式（单层全地下）的前提下，对地下空间本身进行经济性优化。第一阶段：指标设定机动车停放数量指标设定三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表01”中相关栏目的内容。二、结论：

分别按《城市居住地区和居住区公共服务设施设置标准》和《上海市城市规划管理技术规定》所规定的不同方法计算：既定项目方案设计的总车位数，可得出两个结论数据。比较这两个数据，按较低数据结论跟当地相关部门进行沟通。从总量上对车位加以控制。一、控制点：机动车车户比。非机动车停放数量指标设定二、结论：

按《城市居住地区和居住区公共服务设施设置标准》计算既定项目所需非机动车位数，再按1.5m²/车位核定总的非机动车停车面积。一、控制点：非机动车车户比数。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表01”中相关栏目的内容。人防建设面积指标设定一、控制点：计算规则。二、结论：

1、谨慎对待地上面积统计，9层以下建筑控制基础埋深尽量小于3米，以此控制应建人防的总量。2、采用合理有效的方式减少人防总量，如：应该将高层和多层裙房分开计算。3、在设计人防部分时，应在规范允许的范围内多算已建的人防面积。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表01”中相关栏目的内容。第二阶段：开发决策步骤一——地下机动车停车数量二、结论：1、尽可能多的利用地面及架空层公共停车；2、尽可能通过以下方式减少除停车以外的地面占地，以扩大地面停车的面积：

1）准确计算绿地率；

2）减少集中硬景面积；

3）避免8m宽以内的绿地；

4）设计中尽量将人行道计入绿化面积内

5）按最小值设定道路宽度；

6）尽可能在双车道边设置停车位；

7）需增加道路宽度时，可仅在停车位区域增加，以减少道路面积；3、还可以在地面上采用双层机械停车架的方式，尽可能多的解决车位数量。一、控制点：地面停车率、绿地率、道路。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表02”中相关栏目的内容。步骤一——地下非机动车停车数量二、结论：尽可能利用地上停放，如：不计容的架空层，可不计面积的自行车棚架等。一、控制点：地面停车率、绿地率、道路。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表02”中相关栏目的内容。步骤二——住宅地下室空间的利用二、结论：一、控制点：地上建筑的层数。建筑层数综合结论地上1～4层1、可做住宅套内地下空间。但部分排水管会穿地下室，影响层高及使用，需具体分析。2、应采用不计容的半地下室。可减少基础埋深。3、控制地下室埋深小于3米，多层埋深超过3米，人防面积计算过大。地上5～9层不做地下空间。地上10～11层1、建议不做地下空间，配电间、电信间占用底层住宅房间，对房型有一定影响。2、其次建议做局部地下室，仅将配电间和电信间放入。3、当自行车位在小区其他高层地下自行车库内解决不了时，才考虑整个底层全部下落为地下室。建筑层数综合结论地上12～14层1、建议做局部地下空间，配电间、电信间可放入。同时采用连通道与地库（水泵房）相连，保证供水通达。2、当自行车位在小区其他高层地下自行车库内解决不了时，才考虑整个底层全部下落为地下室。3、服务于整个小区的电话机房、有线机房等也可布在其中，水泵房布置时应避免在住宅用房的直接下方。地上15层及以上1、可放入地下自行车库、配电间、电信间；2、服务于整个小区的水泵房、消防安保、电话机房、有线电视机房等，可布置在其中（水泵房布置时应避免在住宅用房的直接下方）；3、按结构埋深设置地下空间，按各种功能的需求控制地下空间高度。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表03”中相关栏目的内容。步骤二——地下车室空间的利用二、结论：地库的形式综合结论开敞地库尽量做开敞地库，节约设备投资。高于室外地坪的地下单层地库（浅埋深）在无其他条件限制时，尽可能做高于室外地坪的车库，减少埋深，降低造价。低于室外地坪的全地下单层地库（深埋深）当有绿地覆土或景观要求时，我们常规选用此全埋单层地库。地下二层地库这2种形式成本偏高，且机械车位没法卖。通常采取各种方式仍不满足停车数量要求时，再考虑此二种停车方式。尽量不采用。机械停车库一、控制点：地库的形式。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表03”中相关栏目的内容。步骤二——人防地下室空间的利用二、结论：尽可能与政府职能部门沟通，采用造价较低的人防形式。首选物资库、人防车库、再选人员掩蔽。一、控制点：物资库、车库、人员掩蔽。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表03”中相关栏目的内容。步骤三——经济性较高的车位布局二、结论：1、尽可能采用1条车道左右2排车位（垂直后退停车）的情况，这样可使单车位面积指标最小约：25m²/辆；2、如有困难也应布置一边垂直，一边平行的车位。绝对不能出现1个车道只服务1排车位的情况；3、总尺寸控制详见第3章及其附图。一、控制点：总平面建筑间距。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表04”中相关栏目的内容。步骤三——经济性较高的结构体系控制点综合结论围护结构在上海地区必须采用混凝土维护，但出地面部分临空且无人防要求的话可不设。平面形式由于沉降较难控制，且大部分住宅为剪力墙结构，不宜用作停车，所以建议地库与住宅脱开（第三章设计控制中的规定也按本情况为依据）二、结论：一、控制点：围护结构、平面形式。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表04”中相关栏目的内容。步骤三——经济性较高的设备系统选型控制点综合结论给排水消防栓系统消火栓布置时应充分用足这些条件，做到在满足要求的条件下尽量少设。相邻防火分区间可相互利用一个消火栓来保护。减少成本。自喷系统车位约5m长，故车位上方会布置2个喷头。但需要将这两个喷头的保护半径尽量用够，以减少喷头的数量，此时需充分考虑地库的柱子与梁对喷头的影响，特别是梁布置的影响，需与结构专业沟通好。灭火器在满足保护半径及计算应需要的数量的情况下尽量少地设置，另也可考虑地库配电室的灭火器共用的情况。二、结论：一、控制点：给排水专业：消防栓系统、自喷系统、灭火器。电气专业：照明设计、应急照明电源选择、火灾自动报警系统。暖通专业：车库形式。控制点综合结论电气照明设计前期投入加大，但可减少后期成本。应急照明电源选择建议采用两路市电供电。火灾自动报警系统1、III类和IV类汽车库可省火灾自动报警系统。

2、如可行，可减少约70%探头数量。暖通车库形式优先选择敞开式车库；其次考虑可自然排烟的2000平米以下的半地下或开较大的通风井的车库；实在有困难再考虑全地下。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表04”中相关栏目的内容。步骤三——经济性较高的设备用房设计二、结论：一、控制点：变电所布置要求、水泵房布置要求。控制点综合结论变电所布置要求1、尽可能设于地上。但需与总图容积率指标及间距协调好。

2、需经过供电部门认可是否采用箱式变压器。水泵房布置要求消防水泵房一个小区按照最不利的一幢楼设一座消防泵房，其它楼共用，节约投资及配套费用。生活水泵房节省泵房面积，节约投资及配套费用。生活、消防公用水泵房节省泵房面积，节约投资及配套费用。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表04”中相关栏目的内容。第三阶段：设计控制一、机动车停放空间设计建筑——平面设计一、控制点：

轮廓、内部空间（防火、防烟）分区的划分、车位、车道布置方式、结构构件尺寸、设备用房尺寸等。二、结论：1、1车道2车位的情况下的最小宽度（结构外表面之间）为：16.1m；2、2车道4车位的情况下的最小宽度（结构外表面之间）为：31.7m；3、横向3个车位的标准柱网开间轴线尺寸为：7.6m；4、端部柱网最经济布局详见《标准单层地库例图》；5、其余零星内容详见《标准单层地库例图》；6、备忘，当车位间需设置防火墙时，轴网尺寸会在这些局部适当扩大；四、附件附图：

J-A-1。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表05”中相关栏目的内容。建筑——剖面设计二、结论：1、覆土层厚度应综合：政府、管线、种植后确定，无具体限值，主观上尽可能减少。2、地库净高:地库中各种管线本身的高度已无压缩余地，降低整个高度的方法只有通过管线综合将管线错开。尤其是暖通与其他管线的交叉应尽量避免（其他管线之间的交叉对高度影响小）。最应该重视排风机房出管处的局部管线综合，一旦此部分解决，则高度即可减少。通过对本标准地库的研究，得到的极限值为：结构上下板面净高的为2750mm，加上下结构板（含垫层）为3750mm，加覆土后埋深5250。此极限数据是在理想状况下得出的，考虑到项目的复杂性、施工难度及施工误差等因素，实际采用的数值中应在此基础上增加100mm。详见《标准单层地库例图》。一、控制点：

覆土深度、车位净空、车道净空、结构构件尺寸、设备管线设计等。四、附件附图：

J-A-2～3、

J-A-4～7。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表05”中相关栏目的内容。建筑——工程做法设计二、结论：

应按“附表05”中相关栏目的内容执行。一、控制点：

外顶面、外底面、外侧面、内顶面、内底面、内侧面。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表05”中相关栏目的内容。结构——结构顶板设计及设计参数二、结论：建议：1、板跨和荷载较小时，选用无梁楼盖；2、板跨和荷载较大时，选用梁板结构，单向设置两道次梁为宜。3、应进行裂缝计算，保护层可取25mm,按0.2mm控制迎水面裂缝宽度。一、控制点：

各种形式楼盖比较、各种形式荷载、裂缝控制。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表05”中相关栏目的内容。结构——结构底板设计及设计参数二、结论：建议选用：500mm平板+反柱帽。一、控制点：

各种形式底板比较、裂缝控制。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表05”中相关栏目的内容。结构——抗拔桩基础或天然地基二、结论：1、计算按3.4m层高，0.5m底板考虑；2、需复核承载力和沉降。3、经济性比较：管桩>方桩>钻孔灌注桩，推荐采用管桩。一、控制点：

采用天然地基时的条件、抗拔桩型的选取、桩端持力层的选择。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表05”中相关栏目的内容。结构——外墙及柱的截面选择二、结论：1、柱子400mmX500mm；2、外墙300mm。一、控制点：

柱、外墙的截面、裂缝控制。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表05”中相关栏目的内容。结构——基坑围护二、结论：建议：1、场地条件许可，尽量采用大开挖方式；2、其次采用采用土钉墙基坑加固方式；3、对于降水要求较高时，采用止水帷幕+土钉墙；4、对于施工工期较短，维护、且不便于大开挖也可采用钢板桩；5、对于周围条件复杂，维护要求高时，可采用重力坝方式；6、所有维护方案送工程管理部审核。一、控制点：

基坑支护、降水、土方开挖，回填、环境保护、监测、。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表05”中相关栏目的内容。给排水——给排水管的敷设二、结论：有给水或其它非重力流管时，一般需1.2m，以便于敷设管道及种植，有重力流排水管时，尽量让重力流排水管位于地库之外，或局部降板，让排水管敷设在降板范围内，以减少覆土，节省投资。一、控制点：

给排水管的敷设。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表05”中相关栏目的内容。给排水——地面冲洗用水的排水二、结论：一、控制点：

做大明沟、做小明沟、做排水口及暗管。控制点综合结论做大明沟排水效果不较好，但投资较大，且不太美观。做小明沟排水效果不太好。做排水口及暗管排水效果也较好，但受到结构底板厚度的限制。集水井一般与沉砂隔油池合建，尺寸在满足安装要求的条件下尽量小，水泵可只安装一台，备用泵设在仓库，整个地库的水泵型号尽量一致，以减少备用泵的台数。一般一个防火分区设2-4个集水井能满足要求。建议采用此种排水方式。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表05”中相关栏目的内容。电气——照明设计二、结论：在一般情况下，车位照明可不开，车道照明亦可关闭部分灯具。一、控制点：

安装方式、控制方式。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表05”中相关栏目的内容。电气——设备选型二、结论：一、控制点：

灯具、电缆。控制点综合结论灯具避免采用成本较高的类型，如线槽灯，功率因数大于0.9。电缆1、避免采用防火等级高于标准要求的电缆。阻燃等级:ZA、ZB、ZC、ZD；无卤低烟：WD。

2、避免选用电缆过大。电缆载流量≥1.1倍断路器整定电流。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表05”中相关栏目的内容。暖通——通风设计二、结论：一、控制点：

系统形式、平时通风换气次数、管材、机房、风井。控制点综合结论系统形式建议采用诱导系统，综合土建和设备的成本，可以减少投入。平时通风换气次数1、减小设备层高度；2、减小出地面风井的尺寸；3、减少管材的用量。管材玻璃钢材料成本较低，但采用玻璃钢风管，由于玻璃钢的管壁较厚（约9mm）需要考虑其厚度，管道层需增加20mm的高度。机房1、在两个防烟分区交界处设置合用机房，避免大风管穿越防烟分区，但不应将过多的风机放在一起，以免引起噪声叠加。；2、选择合适的位置，使得进出机房的主风管尽量在车位上方；3、避免在水泵房等管线出入较多的设备房间附近，以减少管道的交叉；4、合用机房可适当减少使用面积。（如原来每个机房需要占用2个车位的位置，如果2个机房合用则可能只需要3个车位的位置）风井1、通过合并机房，尽量减少出地面风井的个数。2、如果能够降低换气次数，则可减小风井的尺寸。3、如设置在隐蔽处（如绿化内）则可适当降低风口距地面的距离。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表05”中相关栏目的内容。人防——人防级别二、结论：人防工程的类别和级别由人防管理办公室确定，常见的人防工程为6级二等人员掩蔽所。一、控制点：人防级别。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表05”中相关栏目的内容。人防——平面设计一、控制点：

防护单元的划分、出入口设计、各类房间面积。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表05”中相关栏目的内容。二、结论：

应按“附表05”中相关栏目的内容执行。人防——剖面设计二、结论：1、防空地下室的室内地平面至梁底和管底的净高不得小于2.0m；2、防空地下室的室内地平面至顶板的结构板底面的净高不宜小于2.4m；一、控制点：净高要求。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表05”中相关栏目的内容。二、机动车车行出入口设计建筑——平面设计二、结论：一、控制点：出入口净距、通视要求、净宽要求。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表05”中相关栏目的内容。控制点综合结论出入口净距按消防要求的10m执行。通视要求汽车库库址的车辆出入口，距离城市道路的规划红线不应小于7.5m，并在距出入口边线内2m处作视点的120°范围内至边线外7.5m以上不应有遮挡视线障碍物。净宽要求双行按7.0m控制；单行按4.0m控制。建筑——剖面设计二、结论：一、控制点：净高要求、坡度。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表05”中相关栏目的内容。控制点综合结论净高要求在有变电站的情况下：为满足设备运输要求，一般采用喷淋顶喷，算上上方喷淋所需高度，结构上下板面净高最小为2500mm；在无变电站的情况下，可采用喷淋侧喷，此时结构上下板面净高最小可为2300mm。坡度小（微）型汽车直线纵坡最大16％，曲线纵坡最大12％。当纵坡大于10%坡道的上下两端应增设竖曲线，竖曲线的半径不应小于22.0m，或用长度不小于3.5m的1/2纵坡连接。四、附件附图：

J-A-8。建筑——数量设计二、结论：一、控制点：消防疏散使用、平时使用。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表05”中相关栏目的内容。控制点综合结论消防疏散使用不应少于两个，符合一定规定可设一个。平时使用1、停车数＜100辆，不少于1个双车道或两个单车道；100辆≤停车数＜200辆，不少于两个单车道的出入口，必须两个口；2、小型，1个；中型、大型：2个；特大型：3个。根据以上结论，两者取大值。给排水——坡道雨水收集二、结论：尽量减小集水井的平面尺寸，加大集水井的深度。一般尺寸为2X1.5X1.5(h)，潜水泵选用二用一备，以减少集水井的有效容积。（一用一备需增加集水井容积，增加土建费用，具体需做综合比较后才能确定）一、控制点：

坡道雨水。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表05”中相关栏目的内容。暖通——防火卷帘设计二、结论：如无防火卷帘，可作为进风口。一、控制点：

防火卷帘。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表05”中相关栏目的内容。三、非机动车停放空间设计建筑——平面设计一、控制点：停车位相关。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表05”中相关栏目的内容。二、结论：1、尽量采用垂直式停车，最为经济。

2、自行车停放每个车位按1.5～1.8m²计算。每辆自行车的停放尺寸为2.0mX0.6m。双排停放长度3.2m。自行车间距0.5m。3、通道宽度单侧停车1.5m，双侧停车2.60m。建筑——剖面设计一、控制点：停车空间净空高度。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表05”中相关栏目的内容。二、结论：非机动车停车净空高度不应小于2.0m。四、非机动车车行出入口设计建筑——减少出入口数量一、控制点：减少出入口数量。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表05”中相关栏目的内容。二、结论：车位数在300辆以上时，出入口不少于两个。建筑——缩小坡道所占面积一、控制点：缩小坡道所占面积。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表05”中相关栏目的内容。二、结论：出入口净宽不宜小于2.0m，斜坡宽度不应小于30cm。建筑——缩短坡道一、控制点：缩短坡道。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表05”中相关栏目的内容。二、结论：供非机动车推行的斜坡，坡度宜在20％以下。给排水——雨水排水一、控制点：雨水排水。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表05”中相关栏目的内容。二、结论：尽量减小集水井的平面尺寸，加大集水井的深度。一般尺寸为1.5X1.2X1.5(h)，潜水泵选用一用一备。五、人行出入口设计一、控制点：疏散出入口数量、连通道数量。二、结论：

1、建筑专业：

尽可能将地库人员数三口与住宅地下室楼梯合用，最好将水泵房的人员口也一起合用，即二合一或三合一。十二层及以上的住宅楼尽量设连通道与地库连通，以供给水管走线，避免出现在住宅楼中设水泵房的情况。

2、给排水专业：同机动车车行出入口集水井。四、附件附图：

J-A-9。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表05”中相关栏目的内容。六、水泵房设计一、结论：

1、建筑专业：做排水沟，向地库开的检修门宽度不小于1.5m，消防泵房有直通室外的通道。

2、结构专业：做水泵及水池基础，集水井，结构适当降板做水沟等。

3、给排水专业：生活泵房保证板底净高不低于3.4m，消防泵房保证板底净高不低于2.8m，详见给排水章节中水泵房的相关说明。生活水泵房增加高度可适当减少面积。

4、电气专业：消防泵房或变泵加压房采用双电源供电。

5、暖通专业：机械通风，直接排至地库内。地库内补风。二、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表05”中相关栏目的内容。七、变电站设计一、结论：

1、给排水专业：按电专业要求设置集水井及潜水泵。

2、电气专业：III型站为12mX8m，IV型站为15mX9m，净高4.2m，下有1m深电缆沟或1.8m的电缆夹层，并应靠外墙设置。

3、暖通专业：按发热量计算机械通风量，排至地库或与地库排风井合用，室外补风。推荐排至地库，如要与排风井合用，此排风管很难避免与其他风管交叉，影响净高。二、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表05”中相关栏目的内容。八、弱电间设计一、控制点：地库中可能出现的弱电机房、住宅地下室配置电信间。二、结论：控制点综合结论地库中可能出现的弱电机房可能出现的弱电机房种类有：消防值班室兼监控中心；通信机房（包括同步覆盖）；有线电视机房。实际项目中需和各职能部门沟通，尽量减小各弱电设备用房面积。住宅地下室配置电信间每单元电信间尺寸：1、高层不小于6m²；2、中高层不小于4m²；3、多层不小于1.5m²（最低高度不低于1.5m）；其中，多层住宅可1～3单元合用一个电信间。三、规范条文、地质气候或合理的特殊设定等依据条件：详见“附表05”中相关栏目的内容。演讲完毕，谢谢观看！2009电子大赛电机部分培训一、直流电机（）汇报人姓名图4为采用内部集成有两个桥式电路的专用芯片L298所组成的电机驱动电路。驱动芯片L298是驱动二相和四相步进电机的专用芯片，我们利用它内部的桥式电路来驱动直流电机，这种方法有一系列的优点。每一组PWM波用来控制一个电机的速度，而另外两个I/O口可以控制电机的正反转，控制比较简单，电路也很简单，一个芯片内包含有8个功率管，这样简化了电路的复杂性，如图所示IOB10、IOB11控制第一个电机的方向，IOB8输入的PWM控制第一个电机的速度；IOB12、IOB13控制第二个电机的方向，IOB9输入的PWM控制第二个电机的速度。

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步进电机是利用电磁铁的作用原理，将脉冲信号转换为线位移或角位移的电机。每来一个电脉冲，步进电机转动一定角度，带动机械移动一小段距离。特点:（1）来一个脉冲，转一个步距角。（2）控制脉冲频率，可控制电机转速。（3）改变脉冲顺序，可改变转动方向。应用：由于步进电动机的这一工作职能正好符合数字控制系统要求，因此它在数控机床、钟表工业及自动记录仪等方面都有很广泛的应用二、步进电动机及其控制种类：励磁式和反应式两种。励磁式步进电机的转子上有励磁线圈，依靠电磁转矩工作。反应式步进电机的转子上没有励磁线圈。依靠变化的的磁阻生成磁阻转矩工作。应用最广泛，它有两相、三相、多相之分。三相反应式步进电动机的原理结构图如下：ABCIAIBIC

定子内圆周均匀分布着六个磁极，磁极上有励磁绕组，每两个相对的绕组组成一相。采用Y连接，转子有四个齿。定子转子1、步进电机的结构2、步进电机的工作原理

由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合，因此会在磁力线扭曲时产生切向力，而形成磁阻转矩，使转子转动。现以BCIAIBIC的通电顺序，使三相绕组轮流通入直流电流，观察转子的运动情况。ABCA（1）三相单三拍（FLASH）CA'BB'C'A3412

A相绕组通电，B、C相不通电。气隙产生以A-A为轴线的磁场，而磁力线总是力图从磁阻最小的路径通过，故电动机转子受到一个反应转矩，在此转矩的作用下，转子必然转到左图所示位置：1、3齿与A、A′极对齐。“三相”指三相步进电机；“单”指每次只能一相绕组通电；“三拍”指通电三次完成一个通电循环。CA'BB'C'A3412

同理，B相通电时，转子会转过30角，2、4齿和B、B´磁极轴线对齐；当C相通电时，转子再转过30角，1、3齿和C´、C磁极轴线对齐。1C'342CA'BB'ACA'BB'C'A3412

这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲，所以称为三相单三拍工作方式。按ABCA……的顺序给三相绕组轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转过30°(步距角)，每个通电循环周期(3拍)磁场在空间旋转了360°而转子转过90°(一个齿距角)。CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A3412

A相通电，转子1、3齿与A、A'对齐。

A、B相同时通电，A、A'磁极拉住1、3齿，B、B'磁极拉住2、4齿，转子转过15，到达左图所示位置。按AABBBCC

CA的顺序给三相绕组轮流通电。这种方式可以获得更精确的控制特性。（2）三相六拍（FLASH）CA'BB'C'A3412B相通电，转子2、4齿与B、B´对齐,又转过15。3412CA'BB'C'AB、C相同时通电，C'、C

磁极拉住1、3齿，B、B'磁极拉住2、4齿，转子再转过15。三相反应式步进电动机的一个通电循环周期如下：AABBBCC

CA，每个循环周期分为六拍。每拍转子转过15（步距角），一个通电循环周期(6拍)转子转过90(齿距角)。与单三拍相比，六拍驱动方式的步进角更小，更适用于需要精确定位的控制系统中。AB通电CA'BB'C'A3412BC通电3412CA'BB'C'ACA通电CA'BB'C'A3412与单三拍方式相似，双三拍驱动时每个通电循环周期也分为三拍。每拍转子转过30(步距角)，一个通电循环周期(3拍)转子转过90(齿距角)。（3）三相双三拍（FLASH）按ABBCCA的顺序给三相绕组轮流通电。每拍有两相绕组同时通电。

从以上对步进电机三种驱动方式的分析可得步距角计算公式：—步距角Zr

—转子齿数m—每个通电循环周期的拍数实用步进电机的步距角多为3和1.5。为了获得小步距角，电机的定子、转子都做成多齿的。相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。常用m表示。拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.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。θ=360度/（转子齿数*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为θ=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360度/（50*8）=0.9度（俗称半步）。3.步进电机的静态指标术语定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的）静转矩：电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。此力矩是衡量电机体积（几何尺寸）的标准，与驱动电压及驱动电源等无关。虽然静转矩与电磁激磁安匝数成正比，与定齿转子间的气隙有关，但过分采用减小气隙，增加激磁安匝来提高静力矩是不可取的，这样会造成电机的发热及机械噪音。1)步距角精度

步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。用百分比表示：误差/步距角*100%。不同运行拍数其值不同，四拍运行时应在5%之内，八拍运行时应在15%以内。2)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。3)失调角

转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的。4)最大空载起动频率

4.步进电机动态指标及术语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。5)最大空载的运行频率

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。6)运行矩频特性

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称为运行矩频特性，这是电机诸多动态曲线中最重要的，也是电机选择的根本依据。如图2所示：图2力矩与频率曲线图环形分配器、功率放大器以及其它控制线路组合构成步进电机的驱动系统，其方框图如图4，在下一节的方案选择时，也是按照驱动系统的结构来进行。5.步进电机驱动系统的结构图4步进电机驱动系统结构图基本原理作用如下：

(1)控制换相顺序

通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：三相步进电机的三拍工作方式，其各相通电顺序为A-B-C,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B,C相的通断。

(2)控制步进电机的转向

如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。

(3)控制步进电机的速度

如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。

主要元件：恒压恒流桥式2A驱动芯片L298N、光电耦合器TLP521-4

工作电压方式：直流

工作电压：信号端4~6V、控制端5~36V

调速方式：直流电动机采用PWM信号平滑调速。

特点：

1、可实现电机正反转及调速。

2、启动性能好，启动转矩大。3、工作电压可达到36V，4A。

4、可同时驱动两台直流电机。

5、适合应用于机器人设计及智能小车的设计中。

实例一：用L298驱动两台直流减速电机的电路。引脚A，B可用于PWM控制。如果机器人项目只要求直行前进，则可将IN1，IN2和IN3，IN4两对引脚分别接高电平和低电平，仅用单片机的两个端口给出PWM信号控制A，B即可实现直行、转弯、加减速等动作。

实例二：用L298实现二相步进电机控制。将IN1，IN2和IN3，IN4两对引脚分别接入单片机的某个端口，输出连续的脉冲信号。信号的快慢决定了电机的转速。改变绕组脉冲信号的顺序即可实现正反转。图13L298驱动步进电机伺服电动机又称执行电动机。其功能是将输入的电压控制信号转换为轴上输出的角位移和角速度，驱动控制对象。伺服电动机可控性好，反应迅速。是自动控制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。伺服电动机可分为两类：交流伺服电动机和直流伺服电动机三、伺服电动机及其控制1、交流伺服电动机

交流伺服电动机就是一台两相交流异步电机。它的定子上装有空间互差90的两个绕组：励磁绕组和控制绕组，其结构如图所示。励磁绕组控制绕组杯形转子内定子交流伺服电动机结构图~Uf~UcC其旋转速度n为:n=60f(1-s)/p=n0(1-s)f:交流电源频率(HZ)p:为磁级对数n0:电动机旋转磁场转速(r/min),

n0=60f/ps:转差率,s=(n0-n)/n0图5—21.基本工作原理:交流伺服电动机以单相异步电动机原理为基础，从图5—2可以看出，励磁绕组WF接到电压为Uf的交流电网上，控制绕组WC接到控制电压Uc上，当有控制信号输入时，两相绕组便产生旋转磁场。该磁场与转子中的感应电流相互作用产生转矩，使转子跟着旋转磁场以一定的转差率转动起来.放大器检测元件控制信号+–+–控制绕组励磁绕组+++–––11(b)相量图交流伺服电动机的接线图和相量图(a）接线图交流伺服电动机的接线图和相量图放大器检测元件控制信号+–+–控制绕组励磁绕组+++–––1励磁绕组串联电容C,是为了产生两相旋转磁场。适当选择电容的大小，可使通入两个绕组的电流相位差接近90,从而产生所需的旋转磁场。控制电压与电源电压频率相同，相位相同或反相。励磁绕组固定接在电源上，当控制电压为零时，电机无起动转矩，转子不转。放大器检测元件控制信号+–+–控制绕组励磁绕组+++–––1

若有控制电压加在控制绕组上，且励磁电流和控制绕组电流不同相、相位相差90度、幅值相等i1=Ikmsinωti2=Ikmsin(ωt-90)Bk=BmsinωtBj=Bmsin(ωt-90)因此便产生两相旋转磁场。在旋转磁场的作用下，转子便转动起来。交流伺服电动机的特点：不仅要求它在静止状态下，能服从控制信号的命令而转动，而且要求在电动机运行时如果控制电压变为零，电动机立即停转。如果交流伺服电动机的参数选择和一般单相异步电动机相似，电动机一经转动，即使控制等于零，电动机仍继续转动，电动机失去控制，这种现象称为“自转”。什么是“自转”现象？2.消除自转现象的措施由三相异步电动机的特性可知，转子电阻值对电动机的机械特性有较大的影响，如图5—4所示。当转子阻值增大到一定程度，例如图中r23时