【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 之為失步。步進(jìn)電機(jī)失步的原因有2種:1. 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速慢于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度（或者說慢于換相速度）。例如，步進(jìn)電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，如果脈沖的頻率較高，由于電動(dòng)機(jī)來(lái)不及獲得足夠的能量，使其無(wú)法令轉(zhuǎn)子跟上旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度，所以引起失步。因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有一個(gè)啟動(dòng)頻率啟動(dòng)時(shí)，肯定會(huì)產(chǎn)生失步。注意，啟動(dòng)頻率不是一個(gè)固定值，提高電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、減少負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、減少步距角都可以提高步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)頻率。2. 轉(zhuǎn)子的平均速度大于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度。這主要發(fā)生在制動(dòng)和突然換向時(shí)，轉(zhuǎn)子獲得過多的能量，產(chǎn)生嚴(yán)重的過沖，引起失步。 阻尼方法 消除振蕩是通過增加阻尼的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，主要有機(jī)械阻尼法和電子阻尼法兩大類。其中機(jī)械阻尼法比較單一，就是在電動(dòng)機(jī)軸上加阻尼器，電子阻尼法則有多種。1. 多相勵(lì)磁法：采用多相勵(lì)磁會(huì)產(chǎn)生電磁阻尼，會(huì)削弱或消除振蕩現(xiàn)象。2. 變頻變壓法：步進(jìn)電機(jī)在高頻和在低頻時(shí)轉(zhuǎn)子所獲得的能量不一樣，在低頻時(shí)繞組中的電流上升時(shí)間長(zhǎng)，轉(zhuǎn)子獲得的能量大，因此容易產(chǎn)生振蕩，在高頻時(shí)則相反。所以，可以設(shè)計(jì)一種電路，使電壓隨頻率的降低而減少，這樣使繞組在低頻時(shí)的電流減少，可以有效地消除振蕩。3. 細(xì)分步法：細(xì)分步法是將步進(jìn)電機(jī)繞組中的穩(wěn)定電流分成若干階段，每進(jìn)一步時(shí)，電流升一級(jí)。同時(shí)，也相對(duì)地提高步進(jìn)頻率，使步進(jìn)過程平穩(wěn)進(jìn)行。4. 反相阻尼法：這種方法用于步進(jìn)電機(jī)制動(dòng)，在步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子要過平衡點(diǎn)之前，加一個(gè)反向作用力去平衡慣性力，使轉(zhuǎn)子到達(dá)平衡點(diǎn)時(shí)速度為零，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確制動(dòng)。 步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性矩頻特性是描述步進(jìn)電機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩Md與連續(xù)運(yùn)行頻率f之間的關(guān)系。矩頻特性曲線上每一個(gè)頻率所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩稱為動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩隨連續(xù)運(yùn)行頻率的上升而下降下。電機(jī)在某種測(cè)試條件下測(cè)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(dòng)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)均有固定的共振區(qū)域，二、四相感應(yīng)子式的共振區(qū)一般180250pps之間（）或在400pps左右（），電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓越高，電機(jī)電流越大，負(fù)載越輕，電機(jī)體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然，為使電機(jī)輸出電矩大，不失步和整個(gè)系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點(diǎn)均應(yīng)偏移共振區(qū)較多。第三章 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不能直接接到工頻交流或直流電源上工作，而必須使用專用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它由脈沖發(fā)生控制單元、功率驅(qū)動(dòng)單元、保護(hù)單元等組成。驅(qū)動(dòng)單元與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)直接耦合，也可理解成步進(jìn)電動(dòng)機(jī)微機(jī)控制器的功率接口，這里予以簡(jiǎn)單介紹。 單電壓功率驅(qū)動(dòng)接口單電壓驅(qū)動(dòng)是指電動(dòng)機(jī)繞組在工作時(shí)，只用一個(gè)電壓電源對(duì)繞組供電，它的特點(diǎn)是電路最簡(jiǎn)單。 步進(jìn)電機(jī)使用脈沖電源工作，脈沖電源的獲得可通過下圖說明，開關(guān)管T是按照控制脈沖的規(guī)律“開”和“關(guān)”，使直流電源以脈沖方式向繞組L供電，這一過程我們稱為步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。實(shí)用電路如下圖所示。在電機(jī)繞組回路中串有電阻Rs，使電機(jī)回路時(shí)間常數(shù)減小，高頻時(shí)電機(jī)能產(chǎn)生較大的電磁轉(zhuǎn)矩，還能緩解電機(jī)的低頻共振現(xiàn)象，但它引起附加的損耗。一般情況下，簡(jiǎn)單單電壓驅(qū)動(dòng)線路中，Rs是不可缺少的。： 單電壓功率驅(qū)動(dòng)接口電路圖，電路中只有一個(gè)電源V，電路中的限流電阻R1決定了時(shí)間常數(shù)，但R1太大會(huì)使繞組供電電流減小。這一矛盾不能解決時(shí)，會(huì)使電動(dòng)機(jī)的高頻性能下降，可在R1兩端并聯(lián)一個(gè)電容，以使電流的上升波形變陡，來(lái)改善高頻特性，但這樣做又使低頻性能變差。R1在工作中腰消耗一定的能量，所以這個(gè)電路損耗大，效率低，一般只用于小功率步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。 雙電壓功率驅(qū)動(dòng)接口 用提高電壓的方法可以使繞組中的電流上升波形變陡，這樣就產(chǎn)生了雙電壓驅(qū)動(dòng)。雙電壓驅(qū)動(dòng)有兩種工作方式：雙電壓法和高低壓法。雙電壓驅(qū)動(dòng)的基本思路是在較低（低頻段）用較低的電壓UL驅(qū)動(dòng)，而在高速（高頻段）時(shí)用較高的電壓UH驅(qū)動(dòng)。這種功率接口需要兩個(gè)控制信號(hào)，Uh為高壓有效控制信號(hào)，U為脈沖調(diào)寬驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。，功率管TH和二極管DL構(gòu)成電源轉(zhuǎn)換電路。當(dāng)Uh低電平，TH關(guān)斷，DL正偏置，低電壓UL對(duì)繞組供電。反之Uh高電平，TH導(dǎo)通，DL反偏，高電壓UH對(duì)繞組供電。這種電路可使電機(jī)在高頻段也有較大出力，而靜止鎖定時(shí)功耗減小。其電路圖如下所示： 雙電壓功率驅(qū)動(dòng)接口電路雖然這方法保證了低頻段仍然具有單電壓驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)，在高頻段具有良好的高頻特性，但仍沒有擺脫單電壓驅(qū)動(dòng)的弱點(diǎn)，在限流電阻R上仍然會(huì)產(chǎn)生損耗和發(fā)熱。 高低壓功率驅(qū)動(dòng)接口高低壓驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)思想是，不論電機(jī)工作頻率如何，均利用高電壓UH供電來(lái)提高導(dǎo)通相繞組的電流前沿，而在前沿過后，用低電壓UL來(lái)維持繞組的電流。這一作用同樣改善了驅(qū)動(dòng)器的高頻性能，而且不必再串聯(lián)電阻Rs，消除了附加損耗。高低壓驅(qū)動(dòng)功率接口也有兩個(gè)輸入控制信號(hào)Uh和Ul，它們應(yīng)保持同步，且前沿在同一時(shí)刻跳變，高壓管VTH的導(dǎo)通時(shí)間tl不能太大，也不能太小，太大時(shí)，電機(jī)電流過載；太小時(shí)，動(dòng)態(tài)性能改善不明顯。一般可取1~3ms。（當(dāng)這個(gè)數(shù)值與電機(jī)的電氣時(shí)間常數(shù)相當(dāng)時(shí)比較合適）。高低壓驅(qū)動(dòng)電路如下圖所示： 高低壓驅(qū)動(dòng)接口電路圖高低壓驅(qū)動(dòng)法是目前普遍應(yīng)用的一種方法，由于這種驅(qū)動(dòng)在低頻時(shí)電流有較大的上沖，電動(dòng)機(jī)低頻噪聲較大，低頻共振現(xiàn)象存在，使用時(shí)要注意。第四章 步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī)控制 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)組成 用微型機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)原理系統(tǒng)圖與傳統(tǒng)步進(jìn)控制器相比較有以下優(yōu)點(diǎn)：1. 用微型機(jī)代替了步進(jìn)控制器把并行二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成串行脈沖序列，并實(shí)現(xiàn)方向控制。2. 只要負(fù)載是在步進(jìn)電機(jī)允許的范圍之內(nèi)，每個(gè)脈沖將使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的步距角度。3. 根據(jù)步距角的大小及實(shí)際走的步數(shù)，只要知道初始位置，便可知道步進(jìn)電機(jī)的最終位置。 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理 脈沖序列的生成 脈沖的生成脈沖幅值：由數(shù)字元件電平?jīng)Q定。 TTL 0 ～ 5V CMOS 0 ～ 10V 接通和斷開時(shí)間可用延時(shí)的辦法控制。要求：確保步進(jìn)到位。 方向控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與內(nèi)部繞組的通電順序相關(guān)。 三相六拍，通電順序?yàn)? 正轉(zhuǎn): A174。AB174。B174。BC174。C174。CA 反轉(zhuǎn): A174。AC174。C174。CB174。B174。BA 改變通電順序可以改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向 脈沖分配 實(shí)現(xiàn)脈沖分配（也就是通電換相控制）的方法有兩種：軟件法和硬件法 通過軟件實(shí)現(xiàn)脈沖分配軟件法是完全用軟件的方式，按照給定的通電換相順序，通過單片機(jī)的IO向驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出控制脈沖，下面以三相六拍為例上面提到了三相六拍工作方式通電換相得正序?yàn)锳ABBBCCCAA,，反序?yàn)锳ACCCBBBAA 用軟件實(shí)現(xiàn)脈沖分配的接口示意圖注：：A相驅(qū)動(dòng)：B相驅(qū)動(dòng)：C相驅(qū)動(dòng)三相六拍控制字如下表所示： 三相六拍工作方式的控制字通電狀態(tài)控制字A00101HAB01103HB01002HBC11006HC10004HCA10105H注：0代表使繞組斷電，1代表使繞組通電在程序中，只要依次將這10個(gè)控制字送到P1口，步進(jìn)電機(jī)就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距角，每送一個(gè)控制字，就完成一拍，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。軟件法在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，要不停地產(chǎn)生控制脈沖，占用了大量的CPU時(shí)間，可能使單片機(jī)無(wú)法同時(shí)進(jìn)行其他工作（如監(jiān)測(cè)等），所以，人們更喜歡用硬件法。 通過硬件實(shí)現(xiàn)脈沖分配所謂硬件法實(shí)際上就是使用脈沖分配器8713，來(lái)進(jìn)行通電換相控制。8713是屬于單極性控制，