李利文

闡述了步進(jìn)電機(jī)的工作原理，并在此基礎(chǔ)上就步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī)控制做一些探討。

步進(jìn)電機(jī)三相六拍單片機(jī)定位控制速度控制

一、引言

在工業(yè)生產(chǎn)、制動(dòng)控制、數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人中常用到步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣性小，性能可靠，反應(yīng)靈敏，調(diào)速范圍大等特點(diǎn)，而且通過步進(jìn)電機(jī)可以達(dá)到定位控制的目的。下面先對步進(jìn)電機(jī)的工作原理作簡單介紹，然后說明使用單片機(jī)對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制的方法。

二、步進(jìn)電機(jī)工作原理

步進(jìn)電機(jī)是利用電磁鐵的作用原理，將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力來自電磁力。在電磁力的作用下，轉(zhuǎn)子被強(qiáng)行推動(dòng)到最大磁導(dǎo)率（或者最小磁阻）的位置，定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒對齊，并處于平衡狀態(tài)，該狀態(tài)稱為對齒；定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒不對齊的狀態(tài)稱為錯(cuò)齒。若在某瞬間，當(dāng)某一相處于對齒狀態(tài)時(shí)，其他相必須處于錯(cuò)齒狀態(tài)，錯(cuò)齒的存在是步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的前提條件。

步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行方式有三相三拍和三相六拍兩種運(yùn)行方式。

1.三相三拍運(yùn)行方式

三相三拍運(yùn)行方式是指定子上A、B、C三相繞組分別依次通入脈沖電流，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)行方式。每改變一次通電方式，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一步，稱一拍。

（1）當(dāng)A相通電時(shí)，B、C相不通電。此時(shí)A相定子上的齒與轉(zhuǎn)子上的齒對齊，迫使電機(jī)旋轉(zhuǎn)3°；B相定子上的齒順時(shí)針超前轉(zhuǎn)子上相應(yīng)齒3°，C相定子上的齒順時(shí)針超前轉(zhuǎn)子上相應(yīng)齒6°。

（2）同理B相通電時(shí)，B相齒對齊，電機(jī)旋轉(zhuǎn)3°；C相超前3°，A相超前6°；C相通電時(shí)，C相齒對齊，電機(jī)旋轉(zhuǎn)3°；A相超前3°，B相超前6°。

假如某次通電后，下一個(gè)控制脈沖不再來，則電機(jī)轉(zhuǎn)子齒與某相對齊后停止旋轉(zhuǎn)，這種狀態(tài)通常稱為定位狀態(tài)。

2.三相六拍運(yùn)行方式

三相六拍運(yùn)行方式是指三相步進(jìn)電機(jī)繞組按A→AB→B→BC→C→CA順序循環(huán)通以脈沖電流，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)行方式。

步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)如下：

（1）來一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)一個(gè)步距角。

（2）控制脈沖頻率，可控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。

（3）改變各相繞組通電方式（即脈沖分配方式），可改變電機(jī)運(yùn)行方式。

（4）改變各繞組的通電順序，可改變電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向。

3.步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速

三、步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī)控制

（1）角度控制。角度控制是指由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)某一轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一定的角度。

（2）位移控制。位移控制是指由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)某一物體直線運(yùn)動(dòng)到某一位置，如機(jī)床上刀架的移動(dòng)和進(jìn)刀等。

3.步進(jìn)電機(jī)調(diào)速控制

在實(shí)際應(yīng)用中，不僅需要精確的定位控制，往往還要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成定位，這就需要物體按規(guī)定的速度運(yùn)行，實(shí)際就是控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。只要控制單片機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)電流脈沖的頻率，便可完成對步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。

四、結(jié)束語

由于電力、電子技術(shù)的發(fā)展，新型永磁材料研制上的突破，促進(jìn)了步進(jìn)電機(jī)的飛速發(fā)展。而步進(jìn)電機(jī)的步距（轉(zhuǎn)速）只取決于脈沖頻率，因而抗干擾能力強(qiáng)，在不丟步的情況下，角位移的誤差也不會(huì)長期積累，能實(shí)現(xiàn)高精度的定位控制。所以，只要嚴(yán)格控制輸出驅(qū)動(dòng)脈沖的頻率，便能精確控制步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)及調(diào)速，實(shí)現(xiàn)精確的定位控制和速度控制。

參考文獻(xiàn)：

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