电机百科-步进电机如何控制
导语：电机步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机。每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比。因此，步进电动机又称脉冲电动机。 步进电机相对于控制用途电机的最大区别是，它接收数字控制信号(电脉冲信号)并转化成与之相对应的角位移或直线位移，它本身就是一个完成数字模式转化的执行元件。而且它可开环位置控制，输入一个脉冲信号就得到一个规定的位置增量，这样的所谓增量位置控制系统与传统的直流控制系统相比,其成本明显减低，几乎不必进行系统调整。步进电机的角位移量与输入的脉冲个数严格成正比，而且在时间上与脉冲同步。因而只要控制脉冲的数量、频率和电机绕组的相序,即可获得所需的转角、速度和方向。 步进电机整机结构简单，可以在宽广的频率范围内实现调速，其转速不受负载大小的影响，过载性好，动作相应快，控制方便，可实现快速起停、正反转控制。 步进电机是数字控制电机，其驱动电路根据控制信号工作，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合单片机控制。通过单片机控制可以实现由脉冲分配进行控制换相顺序，由给定工作方式正序换相通电控制步进电机的(即实现步进电机正转或反转)，通过改变两个脉冲的间隔控制步进电机的速度等调节。用普通的51单片机像AT89C2051或STC12C1052 + THB7128或THB6064这类芯片来组合就可以了。 用TPC4-4TD等型号的定时程序控制步进电机十分方便，采用表格设置无需编程，可以设置脉冲频率、脉冲个数以及方向控制的数据值，可对步进电机实现速度控制、位置控制、长度控制、定时控制等各种基本的运行功能。 采用高性能DSP，通过DSp采用总线电压和电机的运行电流，在通过控制算法实现对步进电机的电流闭环控制，即可实现对步进电机的精确控制，同时可以通过控制算法改善步进电机中低速的振动和噪声。如英纳仕的EZM系列步进驱动系统采用DSP控制，在中低速段可以获得接近伺服的运行性能。 基于PLC的控制。通过PIC 编程输出一定数量的方波脉冲，控制步进电机的转角进而控制伺服机构的进给量，通过编程控制脉冲频率来控制步进电机的转动速度，进而控制伺服机构的进给速度。 步进电机受电脉冲信号控制，电脉冲信号的产生、分配、放大全靠电子元器件的动作来实现。 1、基于电子电路控制系统 采用闭环控制，能实现高精度细分，实现无级调速。闭环控制是不断直接或间接地检测转子的位置和速度，然后通过反馈和适当的处理，自动给出脉冲链，使步进电机每一步响应控制信号的命令，从而只要控制策略正确电机不可能轻易失步。 2、基于PLC 的控制 PLC 也叫可编程，是一种工业上用的计算机。PLC 作为新一代的工业，由于具有通用性好、实用性强、硬件配套齐全、编程简单易学和可靠性高等优点而广泛应用于各行业的自动控制系统中。 3、基于单片机的控制 采用单片机来控制步进电机，实现了软件与硬件相结合的控制方法。用软件代替环刃彡分配器，达到了对步进电机的控制。系统中采用单片机接口线直接去控制步进电机各相驱动线路。 1、可以用单片机+全集成步进电机驱动芯片来整全应用，这样比较简单，控制上很方便。用普通的51单片机像AT89C2051或STC12C1052+THB7128或THB6064这类芯片来组合就可以了。 2、单片机根据输入来决定输出的脉冲数量，让步进电机驱动芯片转化成功率信号驱动步进电机。 3、因为是一个脉冲走一步的，所以输出的脉冲数还要考虑到细分数的问题，固定转动步数、角度的程序还是比较容易编。像1.8度的步进电机，2细分时，转一圈就需要400个脉冲，转半圈只需要200个脉冲，转90度只需要100个脉冲，如此类推。 4、程序的话，固定一个适当的频率，按键触发启动定时器，然后在定时中断里取反一个IO端口做脉冲输出，再放入一个累加变量做计算，算脉冲数量，是取反两次输出一个完整的脉冲，在主程序中设定一个需要的脉冲数量来作为条件控制定时器的开启和关闭，然后循环等待条件满足 5、如果想把控制、驱动、和步进电机都整合在一起，比较麻烦，小电机还好，大电机的干扰是个问题。 控制步进电机的转速，主要通过改变控制脉冲频率来控制的，只是要注意驱动器的细分值的大小，例如如果是整步，电机每运行运转需要200个脉冲，如果半步，电机运行运转需要400个脉冲，像EZM552这类数字式驱动器，最大细分值可达512，电机每运行运转需要512*200=102400个脉冲。也就是说：在细分为512时，电机转速是1rps，控制脉冲的频率是102400Hz;电机转速2rps，控制脉冲频率为204800Hz。 步进电机调速控制方法： 步进电机只能够由数字信号控制运行的，当脉冲提供给驱动器时，在过于短的时间里，控制系统发出的脉冲数太多，也就是脉冲频率过高，将导致步进电机堵转。要解决这个问题，必须采用加减速的办法。就是说，在步进电机起步时，要给逐渐升高的脉冲频率，减速时的脉冲频率需要逐渐减低。这就是我们常说的“加减速”方法。 步进电机转速度是根据输入的脉冲信号的变化来改变的，从理论上讲，给驱动器一个脉冲，步进电机就旋转一个步距角(细分时为一个细分步距角)。实际上，如果脉冲信号变化太快，步进电机由于内部的反向电动势的阻尼作用，转子与定子之间的磁反应将跟随不上电信号的变化，将导致堵转和丢步。所以步进电机在高速启动时，需要采用脉冲频率升速的方法，在停止时也要有降速过程，以保证实现步进电机精密定位控制。加速和减速的原理是一样的。 以加速实例加以说明：加速过程是由基础频率(低于步进电机的直接起动最高频率)与跳变频率(逐渐加快的频率)组成加速曲线(降速过程反之)。跳变频率是指步进电机在基础频率上逐渐提高的频率，此频率不能太大，否则会产生堵转和丢步。 加减速曲线一般为指数曲线或经过修调的指数曲线，当然也可采用直线或正弦曲线等。使用单片机或者PLC，都能够实现加减速控制。对于不同负载、不同转速，需要选择合适的基础频率与跳变频率，才能够达到最佳控制效果。 指数曲线，在软件编程中，先算好时间常数存贮在计算机存贮器内，工作时指向选取。通常，完成步进电机的加减速时间为300ms以上。如果使用过于短的加减速时间，对绝大多数步进电机来说，就会难以实现步进电机的高速旋转。
