步进电机失步的几种方法

什么是步进电机
　　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（即步进角）。您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；同时您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。
步进电机分哪几种
　　步进电机分三种：永磁式（PM） ，反应式（VR）和混合式（HB）永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 或15度；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。
什么是保持转矩（HOLDING TORQUE）
　　保持转矩（HOLDING TORQUE）是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。比如，当人们说2N.m的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N.m的步进电机。
什么是DETENT TORQUE
　　DETENT TORQUE 是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。DETENT TORQUE 在国内没有统一的翻译方式，容易使大家产生误解；由于反应式步进电机的转子不是永磁材料，所以它没有DETENT TORQUE。
步进电机精度为多少？是否累积
　　一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。
步进电机的外表温度允许达到多少
　　步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。
为什么步进电机的力矩会随转速的升高而下降
　　当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。
为什么步进电机高于一定速度就无法启动
　　步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。
如何克服两相混合式步进电机的振动和噪声
　　步进电机低速转动时振动和噪声大是其固有的缺点，一般可采用以下方案来克服：
　　A.如步进电机正好工作在共振区，可通过改变减速比等机械传动避开共振区；
　　B.采用带有细分功能的驱动器，这是最常用的、最简便的方法；
　　C.换成步距角更小的步进电机，如三相或五相步进电机；
　　D.换成交流伺服电机，几乎可以完全克服震动和噪声，但成本较高；
　　E.在电机轴上加磁性阻尼器，市场上已有这种产品，但机械结构改变较大。
细分驱动器的细分数是否能代表精度
　　步进电机的细分技术实质上是一种电子阻尼技术（请参考有关文献），其主要目的是减弱或消除步进电机的低频振动，提高电机的运转精度只是细分技术的一个附带功能。比如对于步进角为1.8°的两相混合式步进电机，如果细分驱动器的细分数设置为4，那么电机的运转分辨率为每个脉冲0.45°，电机的精度能否达到或接近0.45°，还取决于细分驱动器的细分电流控制精度等其它因素。不同厂家的细分驱动器精度可能差别很大；细分数越大精度越难控制。
串联接法和并联接法有什么区别
　　四相混合式步进电机与驱动器的串联接法和并联接法有什么区别?
　　四相混合式步进电机一般由两相驱动器来驱动，因此，连接时可以采用串联接法或并联接法将四相电机接成两相使用。串联接法一般在电机转速较低的场合使用，此时需要的驱动器输出电流为电机相电流的0.7倍，因而电机发热小；并联接法一般在电机转速较高的场合使用（又称高速接法），所需要的驱动器输出电流为电机相电流的1.4倍，因而电机发热较大。
如何确定步进电机驱动器的直流供电电源
　　A.电压的确定
　　混合式步进电机驱动器的供电电源电压一般是一个较宽的范围（比如IM483的供电电压为12～48VDC），电源电压通常根据电机的工作转速和响应要求来选择。如果电机工作转速较高或响应要求较快，那么电压取值也高，但注意电源电压的纹波不能超过驱动器的最大输入电压，否则可能损坏驱动器。
　　B.电流的确定
　　供电电源电流一般根据驱动器的输出相电流I来确定。如果采用线性电源，电源电流一般可取I的1.1～1.3倍；如果采用开关电源，电源电流一般可取I 的1.5～2.0倍。
混合式步进电机驱动器的脱机信号FREE使用
　　当脱机信号FREE为低电平时，驱动器输出到电机的电流被切断，电机转子处于自由状态（脱机状态）。在有些自动化设备中，如果在驱动器不断电的情况下要求直接转动电机轴（手动方式），就可以将FREE信号置低，使电机脱机，进行手动操作或调节。手动完成后，再将FREE信号置高，以继续自动控制。
如何调整两相步进电机通电转动方向
　　只需将电机与驱动器接线的A+和A-（或者B+和B-）对调即可。

步进电机的主要特性

1 步进电机必须加驱动才可以运转， 驱动信号必须为脉冲信号，没有脉冲的时候， 步进电机静止， 如

　　果加入适当的脉冲信号， 就会以一定的角度（称为步角）转动。转动的速度和脉冲的频率成正比。

　　2 腾龙版步进电机的步进角度为7.5 度，一圈360 度， 需要48 个脉冲完成。

　　3 步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性。

　　4 改变脉冲的顺序， 可以方便的改变转动的方向。

　　因此，目前打印机，绘图仪，机器人，等等设备都以步进电机为动力核心。

步进电机控制例子

我们使用的单极四相步进电机为例。其结构如图1：

　　四个绕组引出四相(相A1相A2相B1相B2)和两个公共线(接到电源的正极)。把绕组的某一相接到电源的地线。这样该绕组就会受到激励。我们采用四相八拍的控制方式，即1相与2相交替导通，这样可提高分辨率。每一步可转0.9°控制电机正转的励磁顺序如下表：

　　若要求电机反转，将励磁信号倒过来传送即可。 2 控制方案

　　控制系统的框图如下

　　本方案采用AT89S51作为主控制器件。它与AT89C51兼容，同时还增加了SPI接口和看门狗模块，这不但使程序调试变得方便而且也使程序运行更加稳定。在方案中该单片机主要实现现场信号的采集并计算出步进电机运转的方向和速度信息。然后传送给CPLD。

　　CPLD采用EPM7128SLC84-15，EPM7128是可编程的大规模逻辑器件，为ALTERA公司的MAX7000系列产品。具有高阻抗、电可擦等特点，可用单元为2500个，工作电压为+5V。CPLD接收到单片机发送过来的信息后，转换成对应的控制信号输出给步进电机驱动器。驱动器则把控制信号处理后输入电机绕组，实现了电机的有效控制。 2.1 电机驱动器硬件结构

　　电机的驱动器采用如下电路：

　　其中R1-R8的电阻值为320Ω。R9-R12的电阻值为2.2KΩ。Q1-Q4为达林顿管D401A，Q5-Q8为S8550。J1、J2与步进电机的六条引线相连

步进电机优缺点

优点
　　1． 电机旋转的角度正比于脉冲数；

　　2． 电机停转的时候具有最大的转矩（当绕组激磁时）；

　　3． 由于每步的精度在百分之三到百分之五，而且不会将一步的误差积累到下一步因而有较好的位置精度和运动的重复性；

　　4． 优秀的起停和反转响应；

　　5． 由于没有电刷，可靠性较高，因此电机的寿命仅仅取决于轴承的寿命；

　　6． 电机的响应仅由数字输入脉冲确定，因而可以采用开环控制，这使得电机的结构可以比较简单而且控

　　制成本

　　7． 仅仅将负载直接连接到电机的转轴上也可以极低速的同步旋转。

　　8． 由于速度正比于脉冲频率，因而有比较宽的转速范围。

缺点
　　1． 如果控制不当容易产生共振；

　　2． 难以运转到较高的转速。

　　3. 难以获得较大的转矩

　　4. 在体积重量方面没有优势，能源利用率低。

　　5. 超过负载时会破坏同步，高速工作时会发出振动和噪声。

本文关键字：步进电机  驱动电路及控制电路，单元电路 - 驱动电路及控制电路