步進(jìn)電機(jī)
關(guān)注創(chuàng)建者：電工電氣論壇 創(chuàng)建時(shí)間：2021-07-16
步進(jìn)電機(jī)的視頻教程
非常詳細(xì)的伺服電動(dòng)機(jī)原理講解，帶你快速入門(mén)伺服系統(tǒng)！
學(xué)習(xí)使用不同類型的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制的知識(shí)，主要是步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)。
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步進(jìn)電機(jī)的實(shí)例教程
[導(dǎo)讀] 步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動(dòng)器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制器。
步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動(dòng)器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制器。雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能像普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識(shí)。步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。
步進(jìn)電機(jī)的硬件電路設(shè)計(jì)
1、單片機(jī)的選擇
本次設(shè)計(jì)以CPU選用89C5l作為步進(jìn)電機(jī)的控制芯片．89C51的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并可以在編程器上實(shí)現(xiàn)閃爍式的電擦寫(xiě)達(dá)幾萬(wàn)次以上．使用方便等優(yōu)點(diǎn)，而且完全兼容MCS5l系列單片機(jī)的所有功能。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—FAlsh ProgrAmmABle And ErAsABle ReAd Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案
1.1單片機(jī)的引腳功能：
（1）VCC（40）：電源+5V。
展開(kāi) [導(dǎo)讀] 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制電機(jī)，是現(xiàn)代數(shù)字程序控制系統(tǒng)中的主要執(zhí)行元件，應(yīng)用極為廣泛。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響。
步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制電機(jī)，是現(xiàn)代數(shù)字程序控制系統(tǒng)中的主要執(zhí)行元件，應(yīng)用極為廣泛。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)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。可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。
步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動(dòng)器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制器。
雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能像普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識(shí)。步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。
步進(jìn)電機(jī)基本原理
工作原理
通常電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過(guò)定子繞組時(shí)，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對(duì)磁場(chǎng)方向與定子的磁場(chǎng)方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場(chǎng)轉(zhuǎn)一個(gè)角度。
展開(kāi) 步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)在工業(yè)傳動(dòng)控制領(lǐng)域都是重要的控制部件，應(yīng)用面廣泛。但是步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)有什么不同呢？
只有明白了步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)的不同之處，才能夠準(zhǔn)確的判斷是采用步進(jìn)電機(jī)呢還是伺服電機(jī)。
我們先來(lái)看看步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)的概念。
伺服電機(jī)可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。
1，步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)的控制精度不同。兩相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為1.8°，三相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角為1.2°。也有一些高性能的步進(jìn)電機(jī)步距角更小。
交流伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。對(duì)于帶標(biāo)準(zhǔn)2500線編碼器的伺服電機(jī)而言，由于驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當(dāng)量為360°/10000=0.036°。
對(duì)于絕大多數(shù)用戶而言，無(wú)論是機(jī)械傳動(dòng)精度，還是光電傳感器來(lái)定位精度，都沒(méi)有步進(jìn)電機(jī)伺服電機(jī)的物理精度高，單方面追求電機(jī)的最高精度是沒(méi)有必要的。
2，步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)矩頻特性不同。
步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在0～900RPM。交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速（一般為1000~3000RPM）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩。
3，步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)過(guò)載能力不同。
4，步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)運(yùn)行性能不同。步進(jìn)電機(jī)的控制為開(kāi)環(huán)控制，啟動(dòng)頻率過(guò)高或負(fù)載過(guò)大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過(guò)高易出現(xiàn)過(guò)沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應(yīng)處理好升、降速問(wèn)題。,
5，交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)器可直接對(duì)電機(jī)編碼器反饋信號(hào)進(jìn)行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過(guò)沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。
展開(kāi) 3、轉(zhuǎn)速與過(guò)載能力
步進(jìn)電機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候容易出現(xiàn)低頻振動(dòng)，所以當(dāng)步進(jìn)電機(jī)在低速工作時(shí)候，通常還需采用阻尼技術(shù)來(lái)克服低頻振動(dòng)現(xiàn)象，比如在電機(jī)上加阻尼器或驅(qū)動(dòng)器上采用細(xì)分技術(shù)等，而伺服電機(jī)則沒(méi)有這種現(xiàn)象的發(fā)生，其閉環(huán)控制的特性決定了其在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)保持優(yōu)秀的性能。兩者的矩頻特性不同，一般伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速要大于步進(jìn)電機(jī)。
步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的升高而下降，而伺服電機(jī)則是恒力矩輸出的，所以步進(jìn)電機(jī)一般沒(méi)有過(guò)載能力，而交流伺服電機(jī)的過(guò)載能力卻較強(qiáng)。
4、運(yùn)行性能
步進(jìn)電機(jī)一般是開(kāi)環(huán)控制，在啟動(dòng)頻率過(guò)高或者負(fù)載過(guò)大的情況下會(huì)出現(xiàn)失步或堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象，所以使用時(shí)需要處理好速度問(wèn)題或者增加編碼器閉環(huán)控制，查看什么是閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)。而伺服電機(jī)采用的是閉環(huán)控制，更容易控制，不存在失步現(xiàn)象。
5、成本
步進(jìn)電機(jī)在性價(jià)比上是有優(yōu)勢(shì)的，要實(shí)現(xiàn)相同功能的情況下伺服電機(jī)的價(jià)格要大于同功率的步進(jìn)電機(jī)，伺服電機(jī)的高響應(yīng)、高速性及高精度的優(yōu)點(diǎn)決定了產(chǎn)品的價(jià)格高昂，這是無(wú)可避免的。
綜上所述，步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)無(wú)論是從工作原理、控制精度、過(guò)載能力、運(yùn)行性能及成本方面來(lái)說(shuō)都存在有較大的差異之處。但是兩者各有優(yōu)勢(shì)，用戶如果想要從中做出選擇就需要結(jié)合自身的實(shí)際需求和應(yīng)用場(chǎng)景。
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致動(dòng)器
許多自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)使用步進(jìn)電機(jī)或致動(dòng)器來(lái)移動(dòng)光路徑中的組件或旋轉(zhuǎn)整個(gè)總成的指向方向，從而改變前照燈光束。前照燈總成中的致動(dòng)器需要足夠穩(wěn)健，以承受車輛沖擊和振動(dòng)、極端天氣條件以及滿足長(zhǎng)時(shí)間的日常使用需求。
光源
光源是任何自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)的核心。在一些新車型中，光源由一個(gè)或多個(gè)鹵素?zé)襞荨㈦瘹馔队盁簟ED燈、LED矩陣或激光器組成。光源的類型決定了其成本、光色和強(qiáng)度。
適用性廣：適用于多種電機(jī)類型，如直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、交流電機(jī)等。
工采網(wǎng)代理的SS6810R是一款功能豐富的PWM電流驅(qū)動(dòng)的雙極低功耗電機(jī)驅(qū)動(dòng)集成芯片，其工作電壓范圍為10V至40V，具有兩路H橋驅(qū)動(dòng)，能夠輸出40V/1A的電流，具有較大的輸出能力和多種保護(hù)功能，可兼容BD68610;適用于各種電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用，能夠提供穩(wěn)定、高效的控制性能。
雙通道H橋使得它可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)刷式直流電機(jī)，一個(gè)雙極步進(jìn)電機(jī)，或者螺線管等感性負(fù)載。同時(shí)它還提供了一種低功耗睡眠模式，通過(guò)設(shè)置SLEEP引腳來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以關(guān)斷內(nèi)部電路，以達(dá)到非常低的靜態(tài)電流。
SS6811H是一個(gè)用于雙極步進(jìn)電機(jī)或有刷直流電機(jī)的集成電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案，內(nèi)部集成了兩個(gè)NMOS H橋。一個(gè)簡(jiǎn)單的PWM接口可以方便地連接到外部數(shù)字控制器，并且使用較少接口資源。
3.選擇合適電機(jī)：若負(fù)載無(wú)需調(diào)速或只需粗略調(diào)速，可選用普通異步電機(jī)配合減速機(jī)；若需要精確調(diào)速，如精度要求在±1%以內(nèi)，應(yīng)選擇變頻電機(jī)、伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)等。對(duì)于高頻啟停或正反轉(zhuǎn)的負(fù)載，需選擇響應(yīng)能力快的伺服電機(jī)或直流電機(jī)，以保證轉(zhuǎn)速能快速匹配負(fù)載變化。
4.考慮調(diào)速范圍與精度：參考無(wú)級(jí)變速減速機(jī)的調(diào)速范圍，盡量將轉(zhuǎn)速調(diào)到中間偏上位置，避免因調(diào)速太慢輸出無(wú)力或調(diào)速太快導(dǎo)致電機(jī)過(guò)熱。
工采網(wǎng)代理的SS8837T是一款專為有刷直流電機(jī)開(kāi)發(fā)H橋驅(qū)動(dòng)器,同時(shí)可兼顧步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)需求，可驅(qū)動(dòng)一個(gè)直流電機(jī)或螺線管等，適用于工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備、一體化步進(jìn)電機(jī)、按摩椅、智能家居等領(lǐng)域。
由工采網(wǎng)代理的SS8844T是一款四通道1/2H橋驅(qū)動(dòng)芯片，提供四個(gè)可獨(dú)立控制的1/2H橋啟動(dòng)器；可被用于驅(qū)動(dòng)兩個(gè)DC電機(jī)、一個(gè)步進(jìn)電機(jī)、四個(gè)螺線管或者其它負(fù)載；針對(duì)每個(gè)通道的輸出驅(qū)動(dòng)器通道由在一個(gè)1/2H橋配置中進(jìn)行配置的N通道功率MOSFET組成。
展示范圍：
工業(yè)機(jī)器人本體及核心部件：焊接機(jī)器人、噴涂機(jī)器人、碼垛機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人，裝配機(jī)器人、智能倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人及系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)RV減速器、諧波減速器、精密減速器、控制器、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī),夾具\(yùn)抓手、氣缸及液壓缸、機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)及組件，直線運(yùn)動(dòng)\導(dǎo)軌設(shè)備，滾珠花鍵、滾珠絲杠和連桿球等；
工業(yè)自動(dòng)化核心智能系統(tǒng)：組裝及搬運(yùn)系統(tǒng)/線性定位系統(tǒng)、工業(yè)影像處理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，PLC, SCADA、
步進(jìn)電機(jī)兼容性：提供全步/半步驅(qū)動(dòng)模式，適配兩相步進(jìn)電機(jī)控制需求。
工采網(wǎng)代理的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 - SS8833E是一種雙橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，具有兩個(gè)H橋驅(qū)動(dòng)器，可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流有刷電機(jī)、一個(gè)雙極步進(jìn)電機(jī)、電磁閥或其他電感負(fù)載。它的工作電壓為2.7V至16V，每個(gè)通道的負(fù)載電流可達(dá)1.0A。每個(gè)H橋的輸出驅(qū)動(dòng)器塊由P+N溝道功率MOSFET組成，配置為H橋以驅(qū)動(dòng)電機(jī)繞組。每個(gè)H橋包括調(diào)節(jié)或限制繞組電流的電路。可Pin to Pin替代MPS6507和DRV8833。
SS8812T有兩路H橋驅(qū)動(dòng)，每個(gè)H橋可提供較大輸出電流1.6A (在24V和Ta=25°C適當(dāng)散熱條件下)，可驅(qū)動(dòng)兩個(gè)刷式直流電機(jī)，或者一個(gè)雙極步進(jìn)電機(jī)，或者螺線管或者其它感性負(fù)載。雙極步進(jìn)電機(jī)可以以整步、2細(xì)分、4細(xì)分運(yùn)行，或者用軟件實(shí)現(xiàn)高細(xì)分。
電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片SS8812T的每一個(gè)H橋的功率輸出模塊由N型功率MOSFET組成。每個(gè)H橋包含整流電路和限流電路。
