步进电机学习笔记

扩充的理论知识：

步进电机的细分技术实质上一种电子阻尼技术，其主要目的是减弱或消除低频振动。不同厂家的细分驱动器精度可能差别很大，还取决于细分电流控制精度等因素。细分数越大，精度越难控制，通常64细分就够了。(ps:细分后，每个脉冲驱动的步矩就按细分数的比例来缩小，步矩少了，自然能帮助提升精度，但是机器整体精度不是光靠驱动器就能提高的)

只需要将电机与驱动器接线的A+和A-（或者B+和B-）对调即可。

步进电机在低速转动时振动和噪声大是其固有缺点，一般采用以下方案来克服：

1.如步进电机正好在共振区，可以通过改变减速比等机械传动避开共振区。

2.采用带有细分功能的驱动器，这是最常用的、最简便的方法。

3.换成步矩角更小的步进电机，如三相或五相步进电机。

4.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。

5.换成交流伺服电机，几乎可以完全克服振动和噪声，但成本较高。

• 1、步进电机：是一种将电脉冲转化为角位移的开环执行机构，脉冲个数来控制角位移量，脉冲频率控制电机的速度和加速度。
• 2、步距角：当步进驱动器收到一个脉冲信号，驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。通常步距角有0.9°/1.8°0.75°/1.5°、0.36°/0.72。
• 3、角位移：脉冲的个数n来控制, 比如0.9°步进电机不细分的情况下，角位移为（0.9n）°。
• 4、速度、加速度：电机转动的快慢，通过调整脉冲的频率来控制。
• 5、 绕组线圈：四线的步进电机代表电机中有两个绕组线圈，一般标示为“A+;A-;B+;B-”,用电表就可以测量出来，如果没有万用表可以把2组2条线短接，如果电机无法转动，代表转接的2条线是同一组。如果需要改变步进电机的方向可以把驱动器输出线A+，A-和B+，B-对调就可以了。
• 6、相数：是指电机内部的线圈组数，产生不同对N、S磁场的激磁线圈。目前常用的有两相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，步距角也不同。一般用的最多的为两相电机，步距角为0.9°/1.8°。
• 7、拍数：电机转过一个齿距角所需脉冲数。比如两相四拍的0.9度电机，电机内部转子齿数为100齿，那么完成一个齿矩角所需要的脉冲数 = 360/100（周期数）/0.9（单步）= 4 （一个周期），即一周期为4拍。
• 8、锁定力矩：又叫保持力矩，是指步进电机没有转动时，定子锁定转子的力矩。通常在低速时的电机力矩接近保持转矩，由于步进电机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，所以保持转矩就成了衡量步进电机的最重要参数之一。
• 9、驱动原理：步进电机通过对定子上的各个线圈交替通电产生步进式旋转磁场，从而带动转子作步进式旋转。
• 10、旋转磁场矢量：磁感应矢量在空间以固定频率旋转的一种磁场，是电能和转动机械能之间相互转化的基本条件。
• 11、运行矩频特性：电机某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线称为运行矩频特性，是电机诸多动态曲线中最重要的，也是电机选择的根本依据。----T/V（f）曲线yzq
• 12、电机的动态力矩：取决于电机运行的平均电流（而非静态电流），平均电流越大，电机输出力矩越大，即电机的频率特性越硬。要使平均电流越大，尽可能提高驱动电压，使采用的小电感大电流的电机。---yzq转矩控制，电流环
• 13、共振区：步进电机都有共振区，一般其转速在每分钟60转到120转之间。就会有强烈的振动和噪音。为了避免这一现象一般就是避开这一工作频率。
• 14、相位差：现代工业使用的电能绝大部分都是正弦交流电，频率是定值，我国为50HZ，相位是指交流电到“零点值”或“正最大值”的时刻不同，有的先到，有的后到，这样就存在一个“相位差”。步进电机的A、B相位差为90度，便于产生正交磁场。
• 13、电流互感器原理：导线电流变化引起磁场变化，感应线圈产生感应电流，感应电流在相位上是滞后了导线电流90度的。
• 15、失步：电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。
• 16、步长（又叫跳步数）：realStep，软件设计通常会根据加减速到的精确目标速度，来确定当前细分数，一次电机步进信号走的真实步长 realStep  = 最大细分步数 / 当前细分数。
• 17、最大细分步数：将每次脉冲电机转动步矩角细分，通常细分步数有2、4、8、16、32、64、128、256，比如最大256步细分，电机一次脉冲转过的步矩角为 (0.9°/256)*跳步数。一般使用最大到4细分，即一次脉冲64跳步。
• 18、齿数比：指的是球机转盘上的齿轮齿数和电机转子轴上的齿数与之比，比如6:1。
• 19、最大微步数：

• HStepsMax = （360 /步矩角）* 水平传动比 * 最大细分；

  VStepsMax = （90/步矩角）* 垂直传动比 * 最大细分。

• 20、锁定力矩：又叫保持力矩，是指通电后步进电机没有转动时，定子锁定转子的力矩。通常在低速时的电机力矩接近保持转矩，由于步进电机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，所以保持转矩就成了衡量步进电机的最重要参数之一。
• 21、电机的动态力矩：取决于电机运行的平均电流（而非静态电流），平均电流越大，电机输出力矩越大，即电机的频率特性越硬。要使平均电流越大，尽可能提高驱动电压，使采用的小电感大电流的电机。
• 22、电磁感应：因磁通量变化产生感应电动势的现象，闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫电磁感应。
• 23、脉冲：在短持续时间内突变，随后又迅速返回其初始值的物理量变化的过程称之为脉冲。有间隔性的特征，可以把脉冲作为一种信号。
• 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就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，电机频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降，电机的负载能力也下降。
• 所以随着脉冲频率f的升高，步进电机的最大输出转矩要下降，电机铁芯中的涡流损耗随之增加，输出功率和转矩下降，当输入脉冲频率增加到一定值时，步进电机已无法带动任何负载，而且只要受到很小的扰动，就会振荡、失步、甚至停转。
• 步进电机低速时可以正常运转，但高于一定速度就无法启动，并伴有啸叫声。
• 步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机空载情况下正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机就不能正常启动，可能发生丢步或者卡转。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，然后按照一定加速度升到所希望的高频。（脉冲频率加减速）
• 细分驱动器的细分数是否能代表精度？
• 如何用简单的方法调整两相步进电机通电后的转动方向？
• 如何克服两相混合式步进电机在低速运转时的振动和噪声？