几种常见步进电机控制方法庶谈

几种常见步进电机控制方法庶谈

日立维亚机械（常熟）有限公司 215500 朱海

摘要：本文对步进电机工作原理、运行性能进行了详细阐述，分析了步进电机细分驱动系统的作用和适用性，研究了步进电机常见的控制方法。

关键词：步进电动机 控制方法

1.简介

步进电机把电脉冲信号变换成角位移以控制转子转动的电机。是机电一体化的重要执行机构。步进电机整机结构简单，可以在宽广的频率范围内实现调速，其转速不受负载大小的影响，过载性好，动作相应快，控制方便，可实现快速起停、正反转控制。并且由其组成的开环系统物美价廉，实用可靠。因此在众多领域尤其在计算机控制的自动化系统中有着广泛的运用，如：数模转换装置、数控机床。伴随着自动化技术的突飞猛进，步进电机的运用的广度和深度与日俱增。

步进电机可分为反应式步进电机（简称VR）、永磁式步进电机（简称PM）和混合式步进电机（简称HB）。 反应式步进电机结构简单、成本低,动态性能弱、效率不高、发热量大，可靠性低；永磁式步进电机动态性能好、输出力矩大，但运转精度差；混合式步进电机集以上两种步进电动机的优势于一身，输出力矩大、动态性能好，但结构复杂、成本高昂。市场是最为常见的主要是两相混合式步进电机，其突出的性价比使得其在步进电动机市场中占据90%以上的市场份额。

2.PLC控制步进电机应用及举例

步进电机是数字控制电机，其驱动电路根据控制信号工作，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。通过单片机控制可以实现由脉冲分配进行控制换相顺序，由给定工作方式正序换相通电控制步进电机的（即实现步进电机正转或反转），通过改变两个脉冲的间隔控制步进电机的速度等调节。

如图1所示的35BY型永磁步进电机该电机的接线图。要使用步进电机转动，只要轮流给各引出端通电即可。将COM端标识为C，只要AC、 C、BC、 C，轮流加电就能驱动步进电机运转。通过查阅电机的相关参数，得出控制电路的基本设计思路：工作电压为12V，最大电流为0.26A，选用ULN2003来作为驱动。通过 P1.4-P1.7来控制线圈的通断（开机时，P1.4-P1.7均为高电平），将P1.4-P1.7顺序切换至低电平即可实现电机驱动运行。单片机控制35BY48S03型步进电机的电路原理图如图2所示。

图135BY型步进电机的接线图 图2单片机控制35BY型步进电机的电路原理图 利用可编程序控制器可以方便可靠地进行各种步进电机的操

纵，完成各种复杂的工作，加速了机电一体化的实现。

3.利用VC++进行步进电机控制

由于步进电机的控制通常都采用汇编语言或C语言进行软件开发。在PC机和单片机之间利用VC++提供的串行通信控件MSComm实现PC机与步进电机控制器之间实现串行通信控制是近年来比较常见的步进电机控制方式之一。与 DOS下串行通信程序不同的是，Windows不提倡应用程序直接控制硬件，而是通过Windows操作系统提供的设备驱动程序来进行数据传送。对于串行通信，Win32提供了相应的文件I/O函数与通信函数，通过了解这些函数的使用，可以编制出符合不同需要的通信程序。 其方式主要有3种：使用VC++提供的串行通信控件MSComm；在单线程中实现自定义的串口通信类；多线程下实现串行通信。以RS232串口的异步通信为例，由于RS232与TTL、MOS逻辑电平不同， RS232驱动器与TTL电平连接必须经过电平转换。其软件实现的主要步骤如下： 首先，利用VC++提供的串行通信控件创建通信控件，设置和监视MSComm控件的属性和事件，实现串行通信。然后进行系统初始化，进入待操作画面，运行操作的编程 。

运用MSComm控件来编制的由PC机对步进电机直接控制的应用软件具有友好的人机交互界面，且编程简便、工作可靠,是一种切实有效的方法。

4.步进电机的不足及发展方向

步进电机虽已得到广泛运用，但它的使用受到其必须在双环形脉

冲信号、功率驱动电路等组成控制系统才能使用的限制，在常规下不能使用。因此用好步进电机实非易事，它需要使用者具有较高的理论知识和一定的操作水平。此外步进电动机还存在效率较低，发热大，机械噪音高，有时会“失步”的不足，仅适用于中小型机床和速度精度要求不高的地方，步进电机整步状态时振动大，其运行性能还受到电机与驱动电源间配合程度的影响。

随着要求缩短步进电机的响应时间、提高运行速度等问题的提出，出现了步进电机细分驱动技术，目前较为常见的有斩波恒流驱动、脉冲宽度调制驱动、电流矢量恒幅均匀旋转驱动等技术，这些驱动技术能满足特定场合的技术要求，使未来步进电机发展的主要方向。

参考文献：

1.张晓冬. PLC 异步进电机的控制. 山西机械, 2003(3):13-14.

2.李朝青.ＰＣ机及单片机数据通信技术.北京：北京航空航天大学出版社，1999.

3.陈隆昌. 控制电机. 西安: 西安电子科技大学出版社,2005.