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1、1,步进电机控制,2,步进电动机,3,一、步进电动机的组成和种类,4,1、步进电动机的结构组成：,步进电机组成,定子,转子,由硅钢片叠成,有一定数量的磁极和绕组,用硅钢片叠成或 用软磁性材料做成凸极结构,5,2、步进电动机的种类：,励磁式转子有绕组反应式转子无绕组混合式（永磁感应子式）转子无绕组有磁钢,6,二、步进电动机的工作原理,7,1、结构分析,定子,8,转子,1、结构分析,9,2、工作原理,步进电动机结构原理图,齿距：设转子的齿数是Z，则齿距为=360/Z 设Z为40，则为9,10,错位,步进电动机结构原理图,当A相定子齿和转子齿对齐，若和A相磁极中心对齐的转子齿为1号齿，因B相磁极与A
2、相磁极差120，且120/9=13（1/3），故转子齿不能与B相定子齿对齐，只有13号小齿靠近B相磁极的中心线，与中心线相差3,11,电机转动的工作原理,总结：错齿是步进电动机旋转的根本原因,12,步距角绕组每通电一次（即运行一拍），转子就走一步，即转过一定的角度。,步距角,磁阻式步进电机的步距角用公式表示：QS=360/NZr,13,三、步进电动机的控制原理,14,1、目的,当定子绕组按一定顺序轮流通电时，转子就沿一定方向一步步转动。因此步进电动机绕组是按一定通电方式工作的，为实现该种轮流通电，要将控制脉冲按规定的通电方式分配到电动机的每相绕组。,15,2、典型的步进电机控制系统的组成,步进
3、控制器把输入的脉冲转换成环型脉冲，以控制步进电动机，并能进行正反转控制,功率放大器把步进电动机输出的环型脉冲放大，以驱动步进电动机转动,16,典型的步进电机控制系统的组成,17,了解步进控制器,18,3、单片机控制的步进电机控制系统组成,利用单片机代替步进控制器，把并行二进制码转换成串行脉冲序列，并实现方向控制,19,4、脉冲序列的生成,脉冲用周期、脉冲高度、接通和断开电源的时间来表示,单片机控制步进电机步进实际是用单片机产生一系列脉冲,先输出一高电平（电机步进），接着利用软件延时一段时间（到位），而后输出一低电平（停止步进），再延时。延时长短由步进电动机的工作频率决定。,20,5、旋转方向的
4、控制,电动机旋转方向和内部绕组的通电顺序有关,以三相步进电动机为例（单三拍）：,正向旋转通电顺序：ABCA,反向旋转通电顺序：ACBA,21,旋转方向的控制,22,用微型机控制步进电机原理系统图,6、微机控制电路,23,用微型机代替了步进控制器把并行二进制码转换成 串行脉冲序列，并实现方向控制。只要负载是在步进电机允许的范围之内，每个脉冲将使电机转动一个固定的步距角度。根据步距角的大小及实际走的步数，只要知道初始 位置，便可知道步进电机的最终位置。,24,采用微处理器需主要解决如下几个问题：(1)用软件的方法实现脉冲序列；(2)步进电机的方向控制；(3)步进电机控制程序的设计。,25,1脉冲序
5、列的生成,脉冲序列,26,脉冲幅值 由数字元件电平决定。TTL 0 5V CMOS 0 10V 接通和断开时间可用延时的办法控制。要求：确保步进到位。,27,2方向控制 步进电机旋转方向与内部绕组的通电顺序相关。三相步进电机有三种工作方式：单三拍，通电顺序为 ABC；双三拍，通电顺序为 ABBCCA；三相六拍，通电顺序为 AABBBCCCA；,改变通电顺序可以改变步进电机的转向,28,3.步进电机通电模型的建立：（1）用微型机输出接口的每一位控制一相绕组，【例如】用 8255 控制三相步进电机时，可用 PC.O、PC.1、PC.2 分别接至步进电机的 A、B、C 三相绕组。（2）根据所选定的步
6、进电机及控制方式，写出相应控制方 式的数学模型。上面讲的三种控制方式的数学模型分别为：,29,三相单三拍,30,三相双三拍,用 P1口 的 P1.2、P1.1、P1.0 对应 C、B、A 相 进行控制。,31,同理，可以得出双三拍和三相六拍的控制模型：双三拍 03H，06H，05H 三相六拍 01H，03H，02H，06H，04H，05H 以上为步进电机正转时的控制顺序及数学模型，如按逆序进行控制，步进电机将向相反方向转动。,32,4.步进电机与微型机的接口电路（1）由于步进电机的驱动电流较大，所以微型机与 步进电机的连接都需要专门的接口及驱动电路。接口电路可以是锁存器，也可以是可编程接口芯片
7、，如 8255、8155等。驱动器可用大功率复合管，也可以是专门的驱动器。光电隔离器，一是抗干扰，二是电隔离，,33,步进电机与微型机接口电路之一,1,0,0,1,0,0,1,0,0,34,总之，只要按一定的顺序 改变 P1.0P1.2 三位通电的状况，即可控制步进电机依选定的方向步进。,35,由于步进电机运行时功率较大，可在微型机与驱动器之间增加一级光电隔离器，以防强功率的干扰信号反串进主控系统。,36,步进电机与微型机接口电路之二,0,0,1,0,1,1,1,0,0,37,2.步进电机程序设计(1)步进电机程序设计的主要任务是：判断旋转方向；按顺序传送控制脉冲；判断所要求的控制步数是否传送
8、完毕。（2）程序框图下面以三相双三拍为例说明这类程序的设计.,38,三相双三拍步进电机控制程序流程图,39,ORG0100HROUNT1：MOVA，#N；步进电机步数A JNB00H，LOOP2；反向，转 LOOP2LOOP1：MOVP1，#03H；正向，输出第一拍 ACALLDELAY；延时 DECA；A0，转DONE JZDONE MOVP1，06H；输出第二拍 ACALLDELAY；延时 DECA；A0，转DONE JZDONE MOVP1，05H；输出第三拍 ACALLDELAY；延时 DECA；A0，转LOOP1 JNZLOOP1,（3）程序 根据图4-46可写出如下步进电机控制程序
9、,40,AJMP DONE；A0，转DONELOOP2：MOV P1，03H；反向，输出第一拍 ACALL DELAY；延时DEC A；A0，转DON JZ DONE MOV P1，05H；输出第二拍 ACALL DELAY；延时 DEC A JZ DONE；MOV P1，06H；输出第三拍 ACALL DELAY；延时 DEC A；A0，转LOOP2 JNZ LOOP2DONE：RETDELAY：,41,对于节拍比较多的控制程序，通常采用循环程序进行设计。,42,（4）循环程序 作法：把环型节拍的控制模型按顺序存放在内存单元中，逐一从单元中取出控制模型并输出。节拍越多，优越性越显著。以三相六
10、拍为例进行设计，,43,三相六拍步进电机控制程序框图,ROUTN2,LOOP0,LOOP2,LOOP1,44,ORG8100HROUTN2：MOVR2，COUNT；步进电机的步数LOOP0：MOVR3，#00HMOV DPTR，#POINT；送控制模型指针JNB00H，LOOP2；反转，转LOOP2LOOP1：MOVA，R3；取控制模型MOVCA，A+DPTRJZLOOP0；控制模型为00H，转LOOP0MOVP1，A；输出控制模型ACALLDELAY；延时INCR3；控制步数加1DJNZR2，LOOP1；步数未走完，继续RET,三相六拍步进电机控制程序如下：,45,LOOP2：MOV A，R3；求反向控制模型的偏移量 ADD A，#07H MOV R3，A AJAMP LOOP1DELAY：；延时程序 POINT DB01H,03H,02H,06H,04H,05H,00H；正向控制模型 DB 01H,05H,04H.06H,02H,03H,00H；反向控制模型COUNT EQU 30H,POINT EQU 0150H,46,小结：,步进电动机由定子和转子两大部分组成。错齿是促使步进电动机旋转的根本原因。每运行一拍，转子就转过一个步距角。单片机控制系统用单片机代替步进控制器。步进电机旋转方向和内部绕组的通电顺序有关,
