步進(jìn)電機(jī)基礎(chǔ)知識

1、步進(jìn)電機(jī)(dinj)基礎(chǔ)知識汪魯見作于2015年7月24日共二十五頁一、步進(jìn)電機(jī)(dinj)的應(yīng)用場合隨著微電子和計(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)國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)使用在很多設(shè)備上，如數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療設(shè)備、紡織印刷(ynshu)、雕刻機(jī)、激光打標(biāo)機(jī)、激光內(nèi)雕機(jī)、電子設(shè)備、剝線機(jī)、包裝機(jī)械、廣告設(shè)備、貼標(biāo)機(jī)、恒速應(yīng)用、機(jī)器人、3D打印機(jī)等等。共二十五頁 激光雕刻機(jī)共二十五頁3D打印機(jī)共二十五頁二、步進(jìn)電機(jī)的原理(yunl)及分類共二十五頁補(bǔ)充(bchng)1： 什么是單極性和雙極性？1、單極性：不改變繞組電流的方向，只是對幾個(gè)繞組依次循環(huán)通電(tng din)。比如說

2、四相電機(jī)，有四個(gè)繞組，分別為abcd （1）：AB-BC-CD-DA-AB （2）：A-AB-B-BC-C-CD-DDA(注：AB意為AB兩個(gè)繞組同時(shí)通電，類似者同)2、雙極性：雙極性不只是對幾個(gè)繞組依次循環(huán)通電，而且還要改變繞組的電流的方向。如四線雙極性電機(jī)，有兩個(gè)繞組A和B，A繞的兩端分別為A1、A2；B繞的兩端分別為B1、B2。運(yùn)行方式：A1A2-B1B2-A2A1-B2B1-A1A2-共二十五頁補(bǔ)充(bchng)2 什么是相數(shù)？所謂(suwi)“相數(shù)”，就是線圈組數(shù)。目前常用的有二相、三相、四相、五相步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不同。N相步進(jìn)電機(jī)有N個(gè)繞組。共二十五頁補(bǔ)充(bch

3、ng)3 步距角電機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機(jī)的步距角為0.9/1.8、三相的為0.75/1.5、五相的為0.36/0.72。N相步進(jìn)電機(jī)有N個(gè)繞組，這N個(gè)繞組要均勻地鑲嵌在定子上，因此定子的磁極數(shù)必定是N的整數(shù)倍，因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一圈的步數(shù)應(yīng)該是N的整數(shù)倍；也就是說：3相步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈的步數(shù)是3的整數(shù)倍，4相步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈的步數(shù)是4的整數(shù)倍，5相步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈的步數(shù)是5的整數(shù)倍；如果步進(jìn)電機(jī)的基本步距角為，轉(zhuǎn)一圈的步數(shù)是M，步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)是N則有下述關(guān)系(gun x)： =360/M。 M必然是相數(shù)N的整數(shù)倍。跟據(jù)以上分析可以看出，基本步距角是不能取任意值的。共二十五頁補(bǔ)充4 其它分

4、類(fn li)方式步進(jìn)電機(jī)(dinj)在構(gòu)造上有三種主要類型1.永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為 7.5 度 或 15 度。2.反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為 1.5 度，但噪聲和振動都很大。3.混合式步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)，它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為 1.8 度而五相步進(jìn)角一般為 0.72 度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。 也是本次例程所選用的步進(jìn)電機(jī)。共二十五頁步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制器件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止(tngzh)的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不

5、受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個(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。可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，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)動器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制器?？刂?kngzh)方式共二十五頁共二十五頁三、步進(jìn)電機(jī)(dinj)驅(qū)動芯片A4988 步進(jìn)電機(jī)(dinj)驅(qū)動模塊 共二十五

6、頁3.1、簡介(jin ji)A4988 是一款帶轉(zhuǎn)換器和過流保護(hù)的 DMOS 微步驅(qū)動器，該產(chǎn)品(chnpn)可在全、半、1/4、1/8 及1/16步進(jìn)模式時(shí)操作雙極步進(jìn)電動機(jī)，輸出驅(qū)動性能可達(dá) 35V及2A 。 轉(zhuǎn)換器是A4988易于實(shí)施的關(guān)鍵。只要在“步進(jìn)”輸入中輸入一個(gè)脈沖，即可驅(qū)動電動機(jī)產(chǎn)生微步。無須進(jìn)行相位順序表、高頻率控制行或復(fù)雜的界面編程。A4988 界面非常適合復(fù)雜的微處理器不可用或過載的應(yīng)用。共二十五頁3.2、產(chǎn)品(chnpn)特點(diǎn)1、只有簡單的步進(jìn)和方向控制接口(ji ku)；2、五個(gè)不同的步進(jìn)模式：全、半、1/4、1/8和1/16；3、可調(diào)電位器可以調(diào)節(jié)最大電流輸出，從

7、而獲得更高的步進(jìn)率；4、過熱關(guān)閉電路、欠壓鎖定、交叉電流保護(hù)；共二十五頁3.3應(yīng)用(yngyng)電路（和 Arduino UNO 的連接圖）共二十五頁由上圖可以看出：在具體的使用中我們只要控制 STEP 和 DIR就可以了，可以說很是方便；在電源供電方面器件邏輯電壓 VDD 和GND 之間我們接 Arduino 的+5V 電源端，而電機(jī)電源 VMOT 和GND之間我們需要接 8-15V（DC）;還有關(guān)于三個(gè)模式選擇端 MS1、MS2、MS3 我們?nèi)拷拥匾簿褪?jish)全步進(jìn)模式（轉(zhuǎn)一圈要 200 個(gè)步進(jìn)值或一個(gè)步進(jìn) 1.8） ，如果要求更高的精度，我們可以通過選擇其他的模式，比如我們?nèi)绻?/p>

8、選擇 1/4 步進(jìn)模式，那么我們電機(jī)轉(zhuǎn)一圈就要送 800 個(gè)微步才能完成。我么下面來看看模式選擇與 MS1、MS2、MS3 之間的關(guān)系 。共二十五頁設(shè)置(shzh)A4988驅(qū)動的步序?qū)φ毡砉捕屙撗a(bǔ)充(bchng)1 細(xì)分的基本概念為：步進(jìn)電機(jī)通過細(xì)分驅(qū)動器的驅(qū)動，其步距角變小了。如驅(qū)動器工作在 10 細(xì)分狀態(tài)時(shí)，其步距角只為電機(jī)固有步距角的十分之一，也就是：當(dāng)驅(qū)動器工作在不細(xì)分的整步狀態(tài)時(shí)，控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)動 1.8；而用細(xì)分驅(qū)動器工作在 10 細(xì)分狀態(tài)時(shí)，電機(jī)只轉(zhuǎn)動了 0.18。細(xì)分功能(gngnng)完全是由驅(qū)動器靠精確控制電機(jī)的相電流所產(chǎn)生的，與電機(jī)無關(guān)。共二十五頁

9、3.4 程序(chngx)共二十五頁共二十五頁四、 使用(shyng)步進(jìn)電機(jī)常見問題1、第一次使用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，怎么能盡快調(diào)試(dio sh)到最佳狀態(tài)？ 按照說明和驅(qū)動器上的標(biāo)示，正確接好電源和電機(jī)后，把驅(qū)動器調(diào)節(jié)到16細(xì)分，把信號的輸出頻率設(shè)置到1000HZ內(nèi)，運(yùn)行無誤后在慢慢加速（提高頻率）細(xì)分等。2、驅(qū)動器工作長時(shí)間工作外殼（散熱片）比較熱，正常嗎？ 正常，在常溫下外殼（散熱片）達(dá)到80攝氏度不會對性能有影響，長時(shí)間大電流工作的話，你也可以通過加裝風(fēng)扇或者散熱片幫助散熱。共二十五頁3、有什么簡單有效的方式確定2相4線步進(jìn)電機(jī)四條線的定義？ 同一相的2根線是相通的，所以我們可以用萬用

10、表檢測。4、步進(jìn)電機(jī)使用時(shí)出現(xiàn)振動大，失步（丟步）或者是有聲不轉(zhuǎn)等現(xiàn)象，為什么？步進(jìn)電機(jī)與普通交流(jioli)電機(jī)有很大的差別，振動大或失步是常見的現(xiàn)象。產(chǎn)生的原因和解決的方法有以下兩點(diǎn)。（1）控制脈沖頻率低速時(shí)是否處在共振點(diǎn)上（不同型號的電機(jī)共振點(diǎn)不一樣），高速時(shí)是否采用梯形或者其他曲線加速。（2）驅(qū)動器 電機(jī)低速時(shí)，振動或失步，高速時(shí)正常；驅(qū)動電壓過高。電機(jī)低速時(shí)正常，高速時(shí)失步；驅(qū)動電壓過低。電機(jī)長時(shí)間無發(fā)熱現(xiàn)象（電機(jī)正常工作時(shí)可高達(dá)70-80）；驅(qū)動電流小。電機(jī)工作時(shí)過熱；驅(qū)動電流大。共二十五頁5、為什么步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，若高于一定速度就無法啟動并伴有嘯叫聲？ 步進(jìn)電機(jī)有一

11、個(gè)技術(shù)參數(shù)空載啟動頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載的情況下能夠正常啟動的脈沖頻率。如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動，可能發(fā)生失步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動頻率應(yīng)該更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動頻率較低，然后(rnhu)按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。6、步進(jìn)電機(jī)控制為什么要采用梯形或其他加速方法？ 步進(jìn)電機(jī)起步速度根據(jù)電機(jī)不同一般在50-250r/min,如果希望高于此速度運(yùn)轉(zhuǎn)就必須先用起步以下速度起步，逐漸加速到最高速度，運(yùn)行一定距離后再逐漸減速至起步速度以下方可停止，否則會出現(xiàn)高速上不去或失步的現(xiàn)象。常見加速方法有分級加速、梯形加速和S型加速等。共二十五頁五、使用(shyng)過程注意事項(xiàng)使用環(huán)境注意避免油污，粉塵，和腐蝕性氣體。注意驅(qū)動器的通風(fēng)良好。由于驅(qū)動器板不是密封的，注意不要將金屬屑和粉塵等落入其中造成電路短路。插入電源一定要注意看清正負(fù)標(biāo)示，以免正負(fù)極接錯(cuò)燒毀驅(qū)動器。確定(qudng)連接無誤后再通電測試共二十五頁內(nèi)容摘要步進(jìn)電機(jī)。運(yùn)行方式：A1A2-B1B2-A2A1-B2B1-A1A2-。A4988 界面非常適合復(fù)雜的微處理器不可用或過載(guzi)的