步进电机控制系统

   摘要：步进电机作为执行元件， 是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化
控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，

 步进电机的需求量与日俱增， 在各个国民

经济领域都有应用。

 

　　关键词：步进电机；执行元件；计算机；发展

 

　　

1 步进电机原理及特征 

　　

1.1 步进电机的目前发展情况 

　　步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。当步进驱动器接收到
一个脉冲信号，

 它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（称为

“步距角”）， 

它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，

 从而

达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，

 从而

达到调速的目的。在非超载的情况下，

 电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和

脉冲数，

 而不受负载变化的影响， 即给电机加一个脉冲信号， 电机则转过一个步距角。这

一线性关系的存在，

 加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位

置等控制领域使用步进电机进行控制变得非常简单。步进电机可以作为一种控制用的特种电
机，

 利用其没有积累误差（精度为 100%）的特点，广泛应用于各种开环控制。 

　　

1.2 步进电机的特点 

　　

1.步进电动机工作时每相绕组不是恒定地通电， 而是按一定的规律轮流通电。 2.每输入

一个脉冲电信号转子转过的角度称为步距角。

 3.步进电机可以按特定指令进行角度控制，

 

也可以进行速度控制。角度控制时，

 每输入一个脉冲， 定子绕组就换接一次， 输出轴就转

过一个角度，

 其步数与脉冲数一致， 输出轴转动的角位移量与输入脉冲成正比。速度控制

时，

 步进电机绕组中送入的是连续脉冲， 各相绕组不断地轮流通电， 步进电机连续动转，

 它的转速与脉冲频率成正比。改变通电顺序， 即改变定子磁场旋转方向， 就可以控制电机
正转或是反转。

 

　　

1.3 步进电机的一些典型运用场合 

　　

①步进电机主要用于一些有定位要求的场合。例如：线切割的工作台拖动，植毛机工作

台（毛孔定位），包装机（定长度）。基本上涉及到定位的场合都用得到。

 

　　

②广泛应用于 ATM 机、喷绘机、刻字机、写真机、喷涂设备、医疗仪器及设备、计算机外设

及海量存储设备、精密仪器、工业控制系统、办公自动化、机器人等领域。特别适合要求运行平
稳、低噪音、响应快、使用寿命长、高输出扭矩的应用场合。

 

　　

③步进电机在电脑绣花机等纺织机械设备中有着广泛的应用，这类步进电机的特点是

保持转矩不高，频繁启动反应速度快、运转噪音低、运行平稳、控制性能好、整机成本低。

 

　　目前用于电脑绣花机的步进电机多数为三相混合式步进电机，并采用细分驱动技术可
以大大改善步进电机的运行品质，减少转矩波动，抑制振荡，降低噪音，提高步矩分辨率。

 

　　

1.4 步进电机的运转原理及结构 

　　步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到
一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。可以通
过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；也可以通过控制脉冲频率来
控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

 

　　在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不
受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存
在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。

 

　　

1.5 旋转