1、民营科技2008 年第 1 期2!MYKJ科技论坛步进电动机的概述李利华1张永利2( 1 、黑龙江省生物制品一厂 , 黑龙江 哈尔滨 150000 2 、建成集团有限公司 , 黑龙江 哈尔滨 150000 )前言步进电机是一种将脉冲信号转换成角度位移和线位移的电磁机械装置 , 也是一种能把输出机械位移增量和输入数字脉冲对应的驱动器件。步进电机具有快速启停能力 , 通过输入脉冲来控制步进电机在一瞬间的启动和停止。步进电机的步距角、转速和输入脉冲的频率有关 , 每转一周都有固定的步数 ,步进精确和步距误差不会长期积累。1 步进电动机的种类目前常用的有三种步进电动机1.1 反应式步进电动机 ( VR
2、 ) : 反应式步进电动机的结构简单 ,生产成本低 , 步距较小 , 但动态性能差。1.2 永磁式步进电动机 ( PM ) : 永磁式步进电动机出力大 , 动态性能好 , 但步距较大。1.2 混合式步进电动机 ( HB ) : 混合式步进电动机综合了反应式、永磁式步进电动机两者的优点 , 它的步距较小 , 出力大 , 动态性能好 , 是目前性能最高的步进电动机。它有时也称作永磁感应子式步进电动机。2 步进电动机的工作原理步进电机根据不同的控制原理分为电磁式、永磁式和反应式。电磁式步进电机一般只有一个绕组 , 靠电磁作用和相应的机械部件产生步进动作 , 而永磁式和反应式步进电机是通过转子和定子之
3、间的电磁作用而产生步进动作。其中 , 反应式步进电机结构简单 , 寿命长 , 具有良好的快速性和可靠性。因此 , 在单片机的控制下 , 广泛用于伺服、状态指示、功率拖动、位置和速度控制的场合。3 步进电动机的特点3.1 步进电机的角位移与输入脉冲数严格成正比 , 因此 , 当它转动一周后 , 没有累计误差 , 具有良好的跟随性。3.2 由步进电机与驱动电路组成的开环数控系统 , 既简单、廉价 , 又非常可靠。同时 , 它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统。3.3 步进电机的动态响应快 , 易于起停、正反转及变速。3.4 速度可在相当宽的范围内平滑调节 , 低速下仍能保证获得大转矩 ,
4、 因此 , 一般可以不用减速器而直接驱动负载。3.5 步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行 , 它不能直接使用交流电源和直流电源。3.6 步进电机存在振荡和失步现象 , 必须对控制系统和机械负载采取相应的措施。3.7 步进电机自身的噪声和振动较大 , 带惯性负载的能力较差。4 步进电动机控制系统一般说来 , 步进电机控制系统需要以下部分 , 如图 1 所示。其中的脉冲发生器用于产生频率变化的脉冲信号 ; 脉冲分配器根据方向控制信号将脉冲信号转换成有一定逻辑关系的环形脉冲 ; 功率放大器将脉冲分配器输出的环形脉冲放大 , 用于控制步进电机的运转 ,这些部分都可以由专门的电路来实现。如果用单片机加
5、上专门的驱动芯片来控制步进电机 , 可以简化电路 , 提高可靠性。步进电动机是否转动是由控制绕组中输入脉冲的有无来控制的 ,每步转过的角度和方向是由三相控制绕组中的通电方式决定的。因此 , 步进电动机的控制是要求单片机软件产生按一定规律变化的时序脉冲 , 然后通过接口和驱动放大电路来驱动步进电动机控制绕组工作。步进电动机控制系统由硬件电路和软件程序两部分组成。硬件方法就是用脉冲分配器来实现 , 但是硬件方法的结构复杂 ,而且成本也很高。使用软件方法就是通过单片机来实现 , 不但可以简化电路 , 而且也降低成本。使用单片机以软件方式来驱动步进电机 , 可以通过编程方法在一定范围之内自由设定步进电
6、机转速、往返运动的角度等 , 还可以方便灵活地控制步进电机的运行状态而满足不同用户的要求。结束语随着工业自动化的发展 , 步进电机的应用越来越广泛。步进电机是一种用于开环控制的驱动元件。它是数字控制系统中的一个重要执行机构 , 已经被广泛地应用于各种领域 , 在单片机的控制下 ,可以实现步进电机在速度、角度等方面的精确控制。参考文献1 李朝青 . 单片机原理及接口技术 M. 北京 : 航空航天大学出版社 ,2005.2 吴金戌 .8051 单片机实践与应用 M. 北京 : 清华大学出版社 , 2002.3 孙虎章 . 自动控制系统 M. 北京 : 中央广播电视大学出版社 , 2003.4 胡汉才 . 单片机原理及其接口技术 M. 北京 : 清华大学出版社 , 1996.摘 要 : 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的数字控制执行机构。它将电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 , 因此非常适合于单片机控制。步进电机与单片机的结合实现了机电一体化 , 在自动化控制系统中发挥着极大的作用。关键词 : 单片机 ; 步进电机 ; 机电一体化图 1
