步进电机传动控制系统

机电传动与控制辅导资料十五主题：课件第9章步进电动机传动控制系统学习时间：2012年1月9日－1月15日内容：我们这周主要学习课件第9章信号处理初步第1-3节的相关内容。

希望通过下面的内容能使同学们加深对相关知识的理解。

一、学习要求1.了解步进电动机的结构与工作原理；2. 掌握步进电动机的主要特性与性能指标。

3. 了解步进电动机环形分配器的基本原理及其硬、软件的实现方法；4.了解两种不同类型步进电动机的驱动电路及优缺点。

重点难点分析：1．重点：分析和设计简单的步进电动机驱动电路;2．难点：驱动电源对步进电动机运行性能的影响。

二、主要内容9.1 步进电动机步进电动机是一种将电脉冲信号变换成相应的角位移或直线位移的机电执行元件。

1）步进电动机的结构与工作原理（1）结构特点步进电动机和一般旋转电动机一样，分为定子和转子两大部分。

图13.2为三相反应式步进电动机的结构示意图。

定子有六个磁极，每两个相对的磁极上绕有一相控制绕组。

转子上装有四个凸齿。

（2）工作原理①基本工作原理图13.2三相反应式步进步进电动机的工作原理，其实就是电磁铁的工作电动机的结构示意图原理，如图13.3所示。

设A相绕组先通电，B相和C相不通电，在电磁作用下，转子齿1、齿3被吸引到A下，此时，转子转矩为零，自锁，B、C两相的定子齿和转子齿在不同方向各错开30度。

当通电顺序为A-B-C-A时，转子便按顺时针方向一步一步转动。

每换接一次，转子就转过一个步距角。

电流换接三次，磁场旋转一周，转子转过一个齿距（此例中转子有四个齿时齿距为90度）。

欲改变旋转方向，则只要改变通电顺序即可。

图13.3 三相单三拍通电方式时转子的位置（a ）A 相通电 （b ）B 相通电 （c ）C 相通电②通电方式三相步进电动机一般有单三拍、单双六拍及双三拍等通电方式。

单是指每次切换前后只有一相绕组通电，双就是指每次有两相绕组通电，而从一种通电状态转换到另一种通电状态就叫做一“拍”。

机电传动系统的组成
机电传动系统的组成包括：电机、机械传动装置和控制系统。

1. 电机：电机是机电传动系统的核心组成部分，负责将电能转换为机械能等形式的能量输出。

常见的电机包括直流电机、交流电机和步进电机等。

根据具体应用的需求，选择适合的电机类型。

2. 机械传动装置：机械传动装置主要用于将电机的旋转运动转换为所需的线性运动、转动力矩或转速等。

常见的机械传动装置包括齿轮传动、皮带传动、链传动和联轴器等。

根据传动的需求和性能要求，选择合适的机械传动装置。

3. 控制系统：控制系统用于控制和实时监测机电传动系统的运行状态，常见的控制方式有手动控制和自动控制。

手动控制可以通过开关、按钮等手动操作来控制传动系统；自动控制则需要使用传感器、控制器、编码器等部件，通过采集和处理输入和输出信号，实现对传动系统的自动控制和调节。

以上是机电传动系统的主要组成部分，不同的应用领域和具体需求可能会有所不同，需要根据具体情况进行选择和配置。

基于STM32的步进电机控制系统摘要本文的主要工作是基于STM32步进电机控制系统的设计。

随着越来越多的高科技产品逐渐融入了日常生活中，步进电机控制系统发生了巨大的变化。

单片机、C 语言等前沿学科的技术的日趋成熟与实用化，使得步进电机的控制系统有了新的的研究方向与意义。

本文描述了一个由STM32微处理器、步进电机、LCD显示器、键盘等模块构成的，提供基于STM32的PWM细分技术的步进电机控制系统。

该系统采用STM32微处理器为核心，在MDK的环境下进行编程，根据键盘的输入，使STM32产生周期性PWM信号，用此信号对步进电机的速度及转动方向进行控制，并且通过LCD显示出数据。

结果表明该系统具有结构简单、工作可靠、精度高等特点.关键词：STM32微处理器；步进电机；LCD显示；PWM信号；细分技术AbstractAs well as the high-tech products gradually integrated into the daily life,servo control system has undergone tremendous changes.SCM and C language of the frontier disciplines such mature technology and practical，steering control system is a new research direction and meaning.This paper describes a STM32 microprocessors, steering, LCD display and keyboard, Based on the STM32 servo control system of PWM signal，This system uses STM32 microprocessor as the core, MDK in the environment, according to the keyboard input , STM32 produce periodic PWM signal, with this signal to the velocity and Angle of steering gear control, and through the LCD display data. The features of the simple hardware, stable operation and high precision are incarnated in the proposed system.Keywords:STM32 microprocessors; Steering system; LCD display；pulse width modulation signal；Subdivide technology目录第1章绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 课题目标及意义 (2)1.3 课题任务及要求 (3)1.4 课题内容分析与实现 (3)1.5 课题论文安排介绍 (3)第2章步进电机控制系统的总体方案论证 (5)2.1 总体方案 (5)2.2 步进电机控制系统硬件方案 (5)2.3 步进电机控制系统软件方案 (6)第3章系统的硬件设计 (7)3.1 STM32开发板简介 (7)3.2 步进电机模块 (8)3.2.1 步进电机驱动模块 (8)3.2.2 步进电机驱动控制模块 (10)3.2.3 步进电机的一些特点 (11)3.2.4 步进电机的一些基本参数 (12)3.2.5 步进电机的驱动方法 (13)3.3 A/D转换模块 (13)3.3.1 模拟/数字转换（ADC）介绍 (13)3.3.2 模拟/数字转换（ADC）主要特性 (13)3.3.3 模拟/数字转换（ADC）功能描述 (14)3.4 LCD显示模块 (16)3.5 硬件电路 (17)第4章控制系统软件设计 (18)4.1 控制系统软件设计步骤 (18)4.2 Keil for ARM软件开发环境 (19)4.3 PWM细分技术简介 (20)4.3.1 PWM细分技术简介 (20)4.3.2 PWM细分技术驱动原理 (20)4.3.3 PWM细分调压调速原理 (22)4.4 主程序设计 (23)4.5 各模块程序设计 (25)4.5.1系统初始化 (25)4.5.2A/D转换程序设计 (26)4.5.3 PWM细分程序设计 (29)4.5.4电机控制程序设计 (30)4.5.5 LCD显示程序设计 (32)第5章步进电机控制系统综合调试与分析 (33)5.1 硬件电路调试 (33)5.2 软件电路调试 (34)5.3 系统联调结果与分析 (34)结论 (35)社会经济效益分析 (36)参考文献 (37)致谢 (38)附录I 电路原理图 (39)附录Ⅱ程序清单 (41)附录IV 元器件清单............................................................................ 错误!未定义书签。

步进电机工作原理步进电机是一种常用的电机类型，它能够将电能转换成机械运动，广泛应用于电子设备、机器人、自动控制和数码设备等领域，是现代化生产制造和智能化系统的重要组成部分。

那么，步进电机工作原理是什么呢？下面，我们来详细了解一下。

一、步进电机的基本概念步进电机，也称作脉冲电机、节拍电机、定位电机等，是一种由电脉冲控制旋转角度或移动距离的电机。

它通过控制电脉冲的频率和顺序，来控制电机旋转的角度和步进的距离。

步进电机是一种数字控制电机，需要使用数字逻辑控制芯片或单片机进行控制。

步进电机通常由转子、定子、传动机构、驱动电路和控制系统组成，其中转子和定子是步进电机的核心部件。

转子是由多个磁极组成的，定子则是由绕组和磁铁芯组成的。

步进电机的运动是由定子和转子的磁性作用所引起的。

二、步进电机的工作原理1、磁极的排列和控制步进电机的转轴上有若干个定量的磁极，一般称之为步数。

在某些情况下，如可编程型步进电机，步数可任意调节。

电机的旋转原理是通过不断翻转电磁铁的极性，使转子在几个磁极之间按顺序分别吸引和排斥，从而产生转动的力矩。

2、磁性的转换和电流的控制步进电机的磁性转换是通过定子和转子之间磁场的吸引和排斥作用所实现的。

当通过一个完整的正弦周期电流后，磁极之间相对的位置不会变化，但后面的周期中，所谓的下一步，就是指磁极的相对位置发生了变化。

在步进电机运动过程中，控制电路会通过绕组施加不同的电流，来操纵转子的运动。

电流的变化可以导致磁场的极性变化，转子随之按照预定的步数顺序旋转。

电机转动的精度和稳定性都与电流的控制有关。

3、脉冲控制步进电机的运动是由一定的脉冲频率和脉冲顺序控制的。

控制器会将以往与转子运动有关的信息预先编码成指令序列，这些指令在控制电路的作用下，逐一发送给电机。

每一个指令都会对应一定量的脉冲信号，这些信号会传输到电机的驱动电路中，通过变化电流来控制电机的运动。

三、步进电机的分类步进电机的分类较多，常见的分类如下：1、单相步进电机单相步进电机只有一个储能元件，也称单相杆式步进电机。

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件，具有快速启动能力，定位精度高，能够直接接受数字量，因此被广泛地应用于数字控制系统中，如数模转换装置、精确定位、计算机外围设备等，在现代控制领域起着非常重要的作用。

本设计运用了8086 CPU芯片以及74273芯片、8255A芯片和步进电机以及7位小功率驱动芯片ULN2003A、指示灯等辅助硬件电路，设计了步进电机正反转及调速系统。

绘制软件流程图，进行了软件设计并编写了源程序，最后对软硬件系统进行联合调试。

该步进电机的正反转及调速系统具有控制步进电机正反转的功能，还可以对步进电机进行调速。

关键词：步进电机；正反转；调速控制；ULN2003A芯片；8086微机系统1、课程设计任务书1.1任务和目的 (4)1.2设计题目 (4)1.3内容和要求 (4)1.4列出使用元器件和设备清单 (4)2、绪论 (4)3、步进电机的总体方案 (6)4、步进电机的硬件设计 (7)4.1总体设计思路 (7)4.2电路原理图 (10)4.3线路连接图 (11)5、步进电机软件设计 (12)5. 1流程图 (12)5.2控制程序 (14)&调试说明 (19)6.1调试过程 (19)6.2调试缺陷 (19)7、总结收获 (19)8、参考文献 (20)附录：元器件及设计清单1. 课程设计任务书1.1任务和目的掌握微机硬件和软件综合设计的方法。

1.2设计题目步进电机控制系统设计1.3内容和要求1. 基本要求：控制步进电机转动，要求转速1步/1秒；设计实现接口驱动电路。

2. 提高要求：改善步进电机的控制性能，控制步进电机转/停；正转/反转；改变转速（至少3挡）；1.4列出使用元器件和设备清单8086cpu可编程并行接口8255指示灯键盘74LS138译码器驱动模块步进电机2. 绪论步进电机又称脉冲电动机或阶跃电动机，国外一般称为Step motor或Steeping motor、Stepper servo Steppe,等等。

C N C 主要内容7.2 步进电机及其驱动控制系统主要内容：•步进电机的原理；•主要性能参数；•步进驱动的特点；•驱动控制：环形分配器，功放电路。

要求：在掌握原理基础上，注重围绕应用了解各型电机的特点、性能参数、功放电路。

主要内容定义：步进电机是一种脉冲控制的执行元件，将电脉冲转化为角位移。

每给步进电机输入一个脉冲，其转轴就转过一个角度，称为步距角。

✓脉冲数量----位移量；✓脉冲频率----电机转速；✓脉冲相序----方向。

组成：由步进电机驱动电源和步进电机组成，没有反馈环节，属于开环位置控制系统。

7.2.1 步进电机概述主要内容优点：结构简单，价格便宜，工作可靠；缺点：–容易失步（尤其在高速、大负载时），影响定位精度；–在低速时容易产生振动；–细分技术的应用，明显提高了定位精度，降低了低速振动。

应用：要求一般的开环伺服驱动系统，如经济型数控机床、和电加工机床、计算机的打印机、绘图仪等设备。

步进电动机的分类按运动方式分：旋转式、直线运动式、平面运动式和滚切运动式。

按工作原理分：反应式(磁阻式)、电磁式、永磁式、混合式。

按结构分：单段式(径向式)、多段式(轴向式)，印刷绕组式。

按相数分：三相、四相、五相、六相和八相等。

按使用频率分：高频步进电动机和低频步进电动机。

(1) 反应式步进电动机极与极之间的夹角为60°，每个定子磁极上均匀分布了五个齿，齿槽距相等，齿距角为9°。

转子铁心上无绕组，只有均匀分布的40个齿，齿槽距相等，齿距角为360°/40＝9°。

单段式的结构：三相反应式步进电动机。

定子铁心上有六个均匀分布的磁极，沿直径相对两个极上的线圈串联，构成一相励磁绕组。

特点：转子无绕组，定转子开小齿、步距小；应用最广。

7.2 步进电机及其驱动控制系统C N C(2) 永磁式步进电动机工作原理：转子或定子一方具有永久磁钢，另一方有软磁材料制成，由绕组轮流通电产生的磁场与永久磁钢相互作用，产生转矩是转子转动。

机电传动控制实验报告实验⼀：机电控制系统与传动系统认知实验实验⽬的：认识直流电机，交流电机，步进电机，伺服电机及对应的驱动器与变频器，认识可编程控制器，理解机电系统基本组成及控制原理实验⼯具：电梯模型，柔性制造中⼼，机电装调实训台，三轴运动实训台，变频⽔泵系统。

实验内容：认识柔性制造单元：24V直流电机经过涡轮减速器减速后带动⽪带传送装置，传送被加⼯件；电磁吸和装置、步进电机、直流电机与丝杠及其他结构件构成了机械臂完成空间移动箱体的功能；直流电机、⽪带及槽轮机构完成放置箱体的功能；电机与⽓动装置配合完成给箱体加盖与插销的功能；喷漆装置与加热装置完成喷漆与烘⼲功能；转盘与摇臂装置完成传送物件的转弯功能；液压装置完成给箱体盖盖章功能；光电传感器、霍尔传感器、颜⾊传感器完成质检功能；最后通过伺服电机及丝杠传动完成合格品的⼊库功能；通过⽓动吸盘与三相异步电动机将不合格产品抛弃。

柔性制造系统共有13个单元及模块构成，各个单元通过可编程控制器进⾏控制，各个控制器之间通过以太⽹进⾏通信。

认识三轴运动实训系统：三轴运动实训系统通过步进电机与丝杠结构进⾏运动控制，步进电机是可编程控制器通过控制步进电机驱动器进⾏控制，利⽤此基本原理可实现3D打印，激光雕刻等功能。

认识电梯实训系统：电梯基本原理是通过可编程控制器控制三相异步交流电动机带动钢丝绳实现电梯的上下运动，通过位置传感器、接触开关来判断电梯位置，通过拉⼒传感器判断电梯是否过载，可编程控制器通过采集电梯按键数据以控制电梯上下运动。

认识机电装调实验台：机电装调试验台是通过可编程控制器对材料进⾏分拣，通过霍尔传感器判断材料是否⾦属，将⾦属材料分拣出来。

认识变频⽔泵系统：变频⽔泵系统通过压⼒传感器判断⽔位⾼低，通过可编程控制器控制变频器控制三相交流异步电动机转动带动⽔泵以调节⽔箱⽔位，使⽔箱保持恒定⽔位。

实验⼆：液压控制回路的搭建实验⽬的：认识液压控制系统，通过搭建液压控制回路理解控制的基本原理实验⼯具：液压试验台，电磁换向阀，液压缸，霍尔传感器实验内容：搭建液压顺序控制回路：利⽤霍尔传感器检测液压缸缸体运动位置，将位置信号传送回可编程控制器，可编程控制器依据接收到的位置信号控制两电磁阀的通断电，以完成下⼀步动作。

步进电机驱动滚珠丝杠与直线导轨工作原
理
步进电机是一种特殊的电机，它可以通过控制电流的方式来实现精确的位置控制。

而滚珠丝杠和直线导轨则是机械传动系统中常用的两种部件，它们可以实现高精度的直线运动。

将步进电机与滚珠丝杠和直线导轨结合起来，可以实现高精度的直线运动控制。

滚珠丝杠是一种将旋转运动转换为直线运动的机械传动部件。

它由螺纹杆和螺母组成，螺纹杆上有一定数量的滚珠，螺母内部有相应数量的滚道。

当螺纹杆旋转时，滚珠在螺纹杆和螺母之间滚动，从而实现螺纹杆的直线运动。

滚珠丝杠具有高精度、高刚性、高效率等优点，广泛应用于机床、自动化设备等领域。

直线导轨是一种将直线运动转换为直线运动的机械传动部件。

它由导轨和导轨滑块组成，导轨上有一定数量的滚珠或滑块，导轨滑块内部有相应数量的滚道或滑道。

当导轨滑块在导轨上滑动时，滚珠或滑块在导轨和导轨滑块之间滚动或滑动，从而实现导轨滑块的直线运动。

直线导轨具有高精度、高刚性、高速度等优点，广泛应用于机床、自动化设备等领域。

将步进电机与滚珠丝杠和直线导轨结合起来，可以实现高精度的直线运动控制。

步进电机通过控制电流的方式来实现精确的位置控制，滚珠丝杠和直线导轨则提供了高精度、高刚性、高速度的直线运动。

在实际应用中，可以通过控制步进电机的电流来控制滚珠丝杠和直线导轨的运动，从而实现高精度的直线运动控制。

步进电机驱动滚珠丝杠和直线导轨是一种高精度、高效率的直线运动控制方案，广泛应用于机床、自动化设备等领域。

步进给料机工作原理步进给料机是一种常见的工业自动化设备，它主要用于输送和给料物料。

其工作原理是通过步进电机的驱动，将物料按照设定的步进距离进行连续运动和定量给料。

本文将详细介绍步进给料机的工作原理和组成部分。

一、工作原理步进给料机的工作原理可以简单概括为三个步骤：驱动、传动和给料。

1. 驱动：步进给料机的驱动部分通常采用步进电机作为动力源。

步进电机是一种精密控制电机，它通过控制电流的脉冲信号，使得电机按照设定的步进角度进行旋转。

步进电机的驱动器会根据输入的脉冲信号控制电机的转动，从而实现物料的输送。

2. 传动：步进电机通过传动装置将旋转运动转化为线性运动。

传动装置通常由导轨、丝杠、螺母等组成。

步进电机的旋转运动经过传动装置的转化，使得给料机上的工作台按照设定的步进距离进行运动。

3. 给料：步进给料机的工作台上通常安装有给料装置，用于将物料从一个位置输送到另一个位置。

给料装置可以根据不同的工艺需求而有所不同，常见的有输送带、振动盘等。

步进给料机通过控制工作台的运动，使得物料按照设定的步进距离进行连续输送。

二、组成部分步进给料机通常由以下几个主要组成部分组成：1. 步进电机：作为驱动源，通过控制脉冲信号驱动电机旋转，实现物料的输送。

2. 传动装置：将步进电机的旋转运动转化为线性运动，通常由导轨、丝杠、螺母等组成。

3. 工作台：物料输送的平台，通过传动装置的控制进行步进运动。

4. 给料装置：用于将物料从一个位置输送到另一个位置，常见的有输送带、振动盘等。

5. 控制系统：用于控制步进电机的脉冲信号，实现步进给料机的工作。

控制系统通常由控制器、编码器、传感器等组成。

三、工作过程步进给料机的工作过程可以简单概括为以下几个步骤：1. 设置参数：根据物料的输送要求，在控制系统中设置步进距离、速度等参数。

2. 启动控制系统：将控制系统启动，开始工作。

3. 传递脉冲信号：控制系统通过控制器产生脉冲信号，传递给步进电机的驱动器。

上下调节机构上下调节机构，又称之为电机传动系统，是一种能够实现物体在上下方向上进行精确位置调节的装置。

它广泛应用于各种机械设备、汽车、电子产品等领域，为生产和生活带来了极大的便利。

1. 模块组成上下调节机构通常由以下几个基本模块组成：1.1 电机电机是上下调节机构的核心部件，其作用是将电能转换为机械能，并提供足够的动力。

常见的电机类型包括直流电机、交流电机和步进电机。

1.2 传动装置传动装置用于将电机的旋转运动传递给调节机构上下运动的部件。

常见的传动装置包括齿轮传动、皮带传动和蜗轮蜗杆传动等。

1.3 控制系统控制系统用于监测和控制上下调节机构的运动。

它通常由传感器、控制器和执行器组成。

传感器用于感知机构的位置和状态，控制器根据传感器信号控制电机的运转，执行器用于驱动调节机构。

1.4 机械结构机械结构是上下调节机构的支撑和连接部件，它将电机、传动装置和调节机构组合在一起，保证机构的稳定性和可靠性。

常见的机械结构包括滑轨、螺杆和导轨等。

2. 工作原理上下调节机构的工作原理基本可以分为两种方式：直线运动和旋转运动。

2.1 直线运动直线运动方式常见于需要上下调节的装置，例如电脑升降台、手术床等。

其工作原理如下：1.电机通过传动装置将旋转运动转换为直线运动。

2.控制系统监测机构的位置和状态，并根据设定的目标位置控制电机的运转。

3.电机驱动传动装置，使之产生相应的运动，从而带动调节机构上下运动。

4.当达到目标位置时，控制系统停止电机的运转，保持机构的稳定。

2.2 旋转运动旋转运动方式常见于需要角度调节的装置，例如舞台灯光、监控摄像头等。

其工作原理如下：1.电机通过传动装置将直线运动转换为旋转运动。

2.控制系统监测机构的位置和状态，并根据设定的目标角度控制电机的运转。

3.电机驱动传动装置，使之产生相应的运动，从而带动调节机构旋转角度。

4.当达到目标角度时，控制系统停止电机的运转，保持机构的稳定。

3. 应用领域上下调节机构广泛应用于各个领域，为各行各业的发展提供了便利。