步進(jìn)電機(jī)的分類及特點(diǎn)

步進(jìn)電機(jī)相對(duì)于其它控制用途電機(jī)的最大區(qū)別是，它接收數(shù)字控制信號(hào)(電脈沖信號(hào))并轉(zhuǎn)化成與之相對(duì)應(yīng)的角位移或直線位移，它本身就是一個(gè)完成數(shù)字模式轉(zhuǎn)化的執(zhí)行元件。而且它可開環(huán)位置控制，輸入一個(gè)脈沖信號(hào)就得到一個(gè)規(guī)定的位置增量，這樣的所謂增量位置控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的直流控制系統(tǒng)相比,其成本明顯減低，幾乎不必進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)整。步進(jìn)電機(jī)的角位移量與輸入的脈沖個(gè)數(shù)嚴(yán)格成正比，而且在時(shí)間上與脈沖同步。因而只要控制脈沖的數(shù)量、頻率和電機(jī)繞組的相序,即可獲得所需的轉(zhuǎn)角、速度和方向。  

作為一種控制用的特種電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)無(wú)法直接接到直流或交流電源上工作，必須使用專用的驅(qū)動(dòng)電源(步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器)。在微電子技術(shù)，特別計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展以前，控制器(脈沖信號(hào)發(fā)生器)完全由硬件實(shí)現(xiàn)，控制系統(tǒng)采用單獨(dú)的元件或者集成電路組成控制回路，不僅調(diào)試安裝復(fù)雜，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改變控制方案就一定要重新設(shè)計(jì)電路。這就使得需要針對(duì)不同的電機(jī)開發(fā)不同的驅(qū)動(dòng)器，開發(fā)難度和開發(fā)成本都很高，控制難度較大，限制了步進(jìn)電機(jī)的推廣。  

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和分類方法較多，一般按勵(lì)磁方式分為磁阻式、永磁式和混磁式三種;按相數(shù)可分為單相、兩相、三相和多相等形式。在我國(guó)所采用的步進(jìn)電機(jī)中以反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為主。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行性能與控制方式有密切的關(guān)系，步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)從其控制方式來(lái)看，可以分為以下三類：開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)。半閉環(huán)控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中一般歸類于開環(huán)或閉環(huán)系統(tǒng)中。  

(1)永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。  

其轉(zhuǎn)子有永磁體的磁極，在氣隙中產(chǎn)生極性交替磁場(chǎng)，定子由四相繞組組成。當(dāng)A相繞組通電時(shí)，轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)向該相繞組所確定的磁場(chǎng)方向。當(dāng)A相斷電、B相繞組被通電勵(lì)磁時(shí)，就產(chǎn)生一個(gè)新的磁場(chǎng)方向，這時(shí)，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動(dòng)一角度而位于新的磁場(chǎng)方向上，被勵(lì)磁相的順序決定了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向。

(2) 磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。  

其定、轉(zhuǎn)子鐵芯的內(nèi)外表面上設(shè)有按一定規(guī)律分布的相近齒槽，利用定、轉(zhuǎn)子鐵芯齒槽相對(duì)位置變化引起磁路磁阻的變化，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。  

(3) 混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。  

它的定、轉(zhuǎn)子鐵芯結(jié)構(gòu)與磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相似。轉(zhuǎn)子有永磁體在氣隙中產(chǎn)生單極性磁場(chǎng)，此磁場(chǎng)還被轉(zhuǎn)子上軟磁材料的齒槽調(diào)制。它的定子和四相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)沒(méi)有區(qū)別，但是轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)還是比較復(fù)雜的(轉(zhuǎn)子內(nèi)部是圓柱形永磁鐵，兩端套著軟磁材料，周邊有小齒和槽)。大多是兩相或四相;須供給正負(fù)脈沖信號(hào);輸出轉(zhuǎn)矩比永磁式大;步距角比永磁式小;斷電時(shí)無(wú)定位轉(zhuǎn)矩;啟動(dòng)和運(yùn)行頻率較高;發(fā)展較快的一種步進(jìn)電機(jī)。

步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制方法

步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速一般是改變輸入步進(jìn)電機(jī)的脈沖的頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)每給一個(gè)脈沖就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，這樣就可以通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)脈沖到下一個(gè)脈沖的時(shí)間間隔來(lái)改變脈沖的頻率，延時(shí)的長(zhǎng)短來(lái)具體控制步進(jìn)角來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速。  

步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，其驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)工作，它將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，因此非常適合單片機(jī)控制。通過(guò)單片機(jī)控制可以實(shí)現(xiàn)由脈沖分配進(jìn)行控制換相順序，由給定工作方式正序換相通電控制步進(jìn)電機(jī)的(即實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn))，通過(guò)改變兩個(gè)脈沖的間隔控制步進(jìn)電機(jī)的速度等調(diào)節(jié)。用普通的51單片機(jī)像AT89C2051或STC12C1052 + THB7128或THB6064這類芯片來(lái)組合就可以了。  

步進(jìn)電機(jī)都要有驅(qū)動(dòng)器控制，驅(qū)動(dòng)器的作用是把來(lái)自控制端的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成驅(qū)動(dòng)電機(jī)線圈的電流信號(hào)，如果是全/半步距角的運(yùn)動(dòng)，只要控制電機(jī)線圈電流的通斷即可，如果是細(xì)分驅(qū)動(dòng)的，則要控制繞組線圈的電流大小。如果把驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電機(jī)看出一個(gè)整體，則電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度由給驅(qū)動(dòng)器的脈沖頻率控制，所以要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制轉(zhuǎn)速，則要有必要的控制電路生成自動(dòng)出現(xiàn)的控制脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)。  

1、控制器采用發(fā)送控制脈沖方式，可以通過(guò)控制脈沖頻率實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制;  

2、控制器采用IO控制方式，驅(qū)動(dòng)器需要常用自帶控制脈沖發(fā)生器，可以通過(guò)模擬信號(hào)或電位器控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速。  

黑金剛配套的是 28BYJ48 5V 驅(qū)動(dòng)的4 相5 線的步進(jìn)電機(jī)，而且是減速步進(jìn)電機(jī)，減速比為1：64，步進(jìn)角為5.625/64 度。如果需要轉(zhuǎn)動(dòng)1 圈，那么需要360/5.625*64=4096 個(gè)脈沖信號(hào)。  

3、步進(jìn)電機(jī)具有瞬間啟動(dòng)和急速停止的優(yōu)越特性。  

4、改變脈沖的順序，可以方便的改變轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。

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