【正文】 本 次 設(shè) 計 的 步 進(jìn) 電 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) 以 PC機(jī) 作 為 上 位 機(jī) ，以 單 片 機(jī) 作為 下 位 機(jī) ，可 使 上 位 機(jī) 能 夠 將 經(jīng) 過 處 理 的 控 制 指 令 和 參 數(shù) 發(fā) 送 到 下位 機(jī) ，保 證 下 位 機(jī) 能 夠 準(zhǔn) 確 、及 時 地 發(fā) 出 控 制 信 號 ，通 過 驅(qū) 動 器 驅(qū)動 步 進(jìn) 電 機(jī) 上 作 。同 時 ，上 位 機(jī) 檢 測 下 位 機(jī) 的 各 種 狀 態(tài) 信 號 ，進(jìn) 行診斷和處理。 同 時 可 以 通 過 單 片 機(jī) 采 集 手 輪 發(fā) 出 的 信 號 對 電 機(jī) 進(jìn) 行同 步 控 制 。可 使 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 控 制 更 加 方 便 ，靈 活 ，具 有 高 的 數(shù) 據(jù) 傳輸速率、良好的實(shí)時性、較高的穩(wěn)定性和友好的 人 機(jī) 對 話 功能。 二、 步進(jìn)電機(jī)概述 167。 步進(jìn)電機(jī)簡介 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（稱為“步距角” ），它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有積累誤差（精度為 100%）的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。 現(xiàn)在比較常用的步 進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（ VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（ PM）、混合式步進(jìn)電機(jī)（ HB）和單相式步進(jìn)電機(jī)等。 永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為 度 或 15度。 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為 度，但噪聲和振動都很大。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 混合式步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為 度而五相步進(jìn)角一般為 度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛 . 167。 步進(jìn)電機(jī)的基本參數(shù) ： 電機(jī)固有步距角表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進(jìn)脈沖信號，電機(jī)所轉(zhuǎn)動的角度。電機(jī)出廠時給出了一個步距角的值，如 86BYG250A 型電機(jī)給出的值為176。 /176。（表示半步工作時為 176。，整步工作時為 176。），這個步距角可以稱之為“電機(jī)固有步距角”，它不一定是電機(jī)實(shí)際工作時的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動器有關(guān)。 ： 步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)是指電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)相數(shù)不同它們的步距角也不同，一般二相電機(jī)的步距 角為 176。 /176。、三相的為 176。 /176。、五相的為 176。 /176。 。在沒有細(xì)分驅(qū)動器時，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來滿足自己步距角的要求。如果使用細(xì)分驅(qū)動器，則‘相數(shù)’將變得沒有意義，用戶只需在驅(qū)動器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角。 （ HOLDING TORQUE）： HOLDING TORQUE 是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動時，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功 率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。比如，當(dāng)人們說 的步進(jìn)電機(jī)，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為 的步進(jìn)電機(jī)。 TORQUE： DETENT TORQUE 是指步進(jìn)電機(jī)沒有通電的情況下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。DETENT TORQUE 在國內(nèi)沒有統(tǒng)一的翻譯方式，容易使大家產(chǎn)生誤解；由于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子不是永磁材料，所以它沒有 DETENT TORQUE。 167。 步進(jìn)電機(jī)的特征 ： 步進(jìn)電機(jī)最大特征即是能夠簡單的做到 高精度的定位控制。以 5 相步進(jìn)電機(jī)為例：其定位基本單位 (分辨率 )為 176。 (全步級 )/176。 (半步級 )，是非常小的；停止定位精度誤差皆在177。 3 分 (177。 176。 )以內(nèi)，且無累計誤差，故可達(dá)到高精度的定位控制。 (步進(jìn)電機(jī)的定位精度是取決于電機(jī)本身的機(jī)械加工精度 ) ： 步進(jìn)電機(jī)在輸入脈沖信號時，可以依輸入的脈沖數(shù)做固定角度的回轉(zhuǎn)進(jìn)而得到靈活的角度控制 (位置控制 )，并可得到與該脈沖信號周波數(shù) (頻率 )成比例的回轉(zhuǎn)速度。 ： 步進(jìn)電機(jī)在停止?fàn)顟B(tài)下 (無脈波信號輸入時 )，仍具有 激磁保持力，故即使不依靠機(jī)械式的剎車，也能做到停止位置的保持。械式的剎車，也能做到停止位置的保持。 ： 步進(jìn)電機(jī)因?yàn)榧铀傩阅軆?yōu)越 ,所以可做到瞬時起動、停止、正反轉(zhuǎn)之快速、頻繁的定位動作。 、不必依賴傳感器定位： 步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單，不需要速度感應(yīng)器 (ENCODER、轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī) )及位置傳感器 (SENSOR)，就能以輸入的脈波做速度及位置的控制。也因其屬開回路控制，故最適合于短距離、高頻度、高精度之定位控制的場合下使用。 ： 步進(jìn)電機(jī)在中低速時具有較大 的轉(zhuǎn)矩，故能夠較同級伺服電機(jī)提供更大的扭力輸出。 ： 使用步進(jìn)電機(jī)裝置與使用離合器、減速機(jī)及極限開關(guān)等其它裝置相較，步進(jìn)電機(jī)的故障及誤動作少，所以在檢查及保養(yǎng)時也較簡單容易。 、高功率： 步進(jìn)電機(jī)體積小、扭力大，盡管于狹窄的空間內(nèi)，仍可順利做安裝，并提供高轉(zhuǎn)矩輸出。 167。 步進(jìn)電機(jī)參數(shù)指標(biāo)及指標(biāo)術(shù)語 步進(jìn)電機(jī)的動態(tài)指標(biāo) （ 1)步距角精度： 步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過一個步距角的實(shí)際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差 /步距角 *100%。不同運(yùn)行拍數(shù)其值不同，四拍運(yùn)行時應(yīng)在 5%之內(nèi)，八拍運(yùn)行時應(yīng) 在 15%以內(nèi)。 （ 2） 失步： 電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。 （ 3） 失調(diào)角： 轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動是不能解決的。 （ 4） 最大空載起動頻率： 電機(jī)在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。 （ 5） 最大空載的運(yùn)行頻率： 電機(jī)在某種驅(qū)動形式，電壓及額定電流下，電機(jī)不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。 （ 6） 運(yùn)行矩頻特性： 電機(jī)在某種測試條件下測得運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運(yùn)行矩頻特性 ，這是電機(jī)諸多動態(tài)曲線中最重要的，也是電機(jī)選擇的根本依據(jù)。 步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語 相數(shù)：產(chǎn)生不同對極 N、 S 磁場的激磁線圈對數(shù)。常用 m 表示。 拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用 n 表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機(jī)為例，有四相四拍運(yùn)行方式即ABBCCDDAAB，四相八拍運(yùn)行方式即 AABBBCCCDDDAA. 步距角：對應(yīng)一個脈沖信號，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用 θ 表示。 θ=360度（轉(zhuǎn)子齒數(shù) J*運(yùn)行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為 50 齒電機(jī)為例。四拍 運(yùn)行時步距角為 θ=3