PART１.
01
什么是步進電機
步進電機是一種直接將電脈沖轉(zhuǎn)化為機械運動的機電裝置， 通過控制施加在電機線圈上的電脈沖順序、 頻率和數(shù)量，可以實現(xiàn)對步進電機的轉(zhuǎn)向、速度和旋轉(zhuǎn)角度的控制。在不借助帶位置感應的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)的情況下、使用步進電機與其配套的驅(qū)動器共同組成的控制簡便、低成本的開環(huán)控制系統(tǒng)，就可以實現(xiàn)精確的位置和速度控制。
02
基本結(jié)構和工作原理
基本結(jié)構：
工作原理：
步進電機驅(qū)動器根據(jù)外來的控制脈沖和方向信號，通過其內(nèi)部的邏輯電路，控制步進電機的繞組以一定的時序正向或反向通電，使得電機正向/反向旋轉(zhuǎn)或者鎖定。
以1.8度兩相步進電機為例：當兩相繞組都通電勵磁時，電機輸出軸將靜止并鎖定位置。在額定電流下使電機保持鎖定的最大力矩為保持力矩。如果其中一相繞組的電流發(fā)生了變向，則電機將順著一個既定方向旋轉(zhuǎn)一步（1.8度）。
同理，如果是另外一項繞組的電流發(fā)生了變向，則電機將順著與前者相反的方向旋轉(zhuǎn)一步（1.8度）。當通過線圈繞組的電流按順序依次變向勵磁時，則電機會順著既定的方向?qū)崿F(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)步進，運行精度非常高。對于1.8度兩相步進電機旋轉(zhuǎn)一周需200步。
兩相步進電機有兩種繞組形式：雙極性和單極性。雙極性電機每相上只有一個繞組線圈，電機連續(xù)旋轉(zhuǎn)時電流要在同一線圈內(nèi)依次變向勵磁，驅(qū)動電路設計上需要八個電子開關進行順序切換。
單極性電機每相上有兩個極性相反的繞組線圈，電機連續(xù)旋轉(zhuǎn)時只要交替對同一相上的兩個繞組線圈進行通電勵磁。驅(qū)動電路設計上只需要四個電子開關。在雙極性驅(qū)動模式下，因為每相的繞組線圈為100%勵磁，所以雙極性驅(qū)動模式下電機的輸出力矩比單極性驅(qū)動模式下提高了約40%。
PART2.
01
負載
02
速度-力矩曲線
速度-力矩曲線是步進電機輸出特性的重要表現(xiàn)形式。
A.工作頻率點
電機在某一點的轉(zhuǎn)速值。
n=q*Hz/（360*D）
n：轉(zhuǎn)/秒
Hz：頻率值
D：驅(qū)動電路細分值
q：步距角
例如： 距角1.8°的步進電機，在1/2細分驅(qū)動方式下（即每步 0.9°）， 工作頻率 500Hz時的轉(zhuǎn)速為1.25r/s。
B.自啟動區(qū)域
步進電機可以直接啟動和停止的區(qū)域。
C.連續(xù)運行區(qū)域
在該區(qū)域內(nèi)，電機無法直接啟動或停止。 電機在該區(qū)域內(nèi)運行必須先經(jīng)過自啟動區(qū)域，然后經(jīng)過加速達到該工作區(qū)域運行。 同理，電機在該區(qū)域內(nèi)也無法直接制動，否則容易造成電機失步，必須先經(jīng)減速到達自啟動區(qū)域內(nèi)再制動。
D.最高啟動頻率
電機空載狀態(tài)下，保證電機不丟步運行的最大脈沖頻率。
E.最高運行頻率
空載情況下，已勵磁電機運行而不丟步的最高脈沖頻率。
F.啟動力矩/牽入力矩
滿足步進馬達在一定脈沖頻率下啟動并開始運行，不失步的最大負載力矩。
G.運行力矩/牽出力矩
滿足步進馬達在一定脈沖頻率下穩(wěn)定運行，不失步的最大負載力矩。
03
加速/減速運動控制
當電機運行頻率點在速度-力矩曲線的連續(xù)運行區(qū)域內(nèi)時， 如何縮短電機啟動或停止時的加速或減速時間，使電機更長時間地運行在最佳速度狀態(tài)，從而提高電機的有效運行時間是非常關鍵的。
如下圖所示，步進電機的動態(tài)力矩特性曲線，低速運行時曲線為水平直線狀態(tài)；高速運行時，由于受到電感的影響，曲線發(fā)生了指數(shù)下降。
備注：
J表示電機轉(zhuǎn)子加負載時的轉(zhuǎn)動慣量。
q表示每一步的轉(zhuǎn)動角度， 在整部驅(qū)動時就是指電機的步距角。
在減速運行時， 只需將上述的加速脈沖頻率反轉(zhuǎn)過來計算就可以了。
04
振動與噪音
一般來講， 步進電機在空載運行情況下， 當電機的運行頻率接近或等于電機轉(zhuǎn)子的固有頻率時會發(fā)生共振，嚴重的會發(fā)生失步現(xiàn)象。
針對共振的幾種解決方案：
A.避開振動區(qū)：使電機的工作頻率不落在振動范圍內(nèi)。
B.采用細分的驅(qū)動模式：使用微步驅(qū)動模式，將原來的一步細分為多步運行， 提高電機的每步分辨率， 從而降低振動。這可以通過調(diào)整電機的相電流比來實現(xiàn)的。微步并不會增加步距角精確度， 卻能使電機運行更加平穩(wěn)， 噪音更小。一般電機在半步運行時， 力矩會比整步時小15%， 而采用正弦波電流控制時， 力矩將減小30%。
PART３.
