淺談步進電機的單片機控制

李利文

闡述了步進電機的工作原理，并在此基礎上就步進電機的單片機控制做一些探討。

步進電機三相六拍單片機定位控制速度控制

一、引言

在工業生產、制動控制、數控機床和機器人中常用到步進電機。步進電機具有結構簡單、制造成本低，轉子轉動慣性小，性能可靠，反應靈敏，調速范圍大等特點，而且通過步進電機可以達到定位控制的目的。下面先對步進電機的工作原理作簡單介紹，然后說明使用單片機對步進電機進行驅動控制的方法。

二、步進電機工作原理

步進電機是利用電磁鐵的作用原理，將電脈沖信號轉換成角位移或線位移的執行機構。

步進電機運動的動力來自電磁力。在電磁力的作用下，轉子被強行推動到最大磁導率（或者最小磁阻）的位置，定子小齒與轉子小齒對齊，并處于平衡狀態，該狀態稱為對齒；定子小齒與轉子小齒不對齊的狀態稱為錯齒。若在某瞬間，當某一相處于對齒狀態時，其他相必須處于錯齒狀態，錯齒的存在是步進電機旋轉的前提條件。

步進電機的運行方式有三相三拍和三相六拍兩種運行方式。

1.三相三拍運行方式

三相三拍運行方式是指定子上A、B、C三相繞組分別依次通入脈沖電流，驅動轉子轉動的運行方式。每改變一次通電方式，步進電機轉動一步，稱一拍。

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

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

假如某次通電后，下一個控制脈沖不再來，則電機轉子齒與某相對齊后停止旋轉，這種狀態通常稱為定位狀態。

2.三相六拍運行方式

三相六拍運行方式是指三相步進電機繞組按A→AB→B→BC→C→CA順序循環通以脈沖電流，驅動轉子轉動的運行方式。

步進電機的運行特點如下：

（1）來一個脈沖，轉一個步距角。

（2）控制脈沖頻率，可控制電機轉速。

（3）改變各相繞組通電方式（即脈沖分配方式），可改變電機運行方式。

（4）改變各繞組的通電順序，可改變電機運轉方向。

3.步進電機的轉速

三、步進電機的單片機控制

（1）角度控制。角度控制是指由步進電機帶動某一轉軸旋轉一定的角度。

（2）位移控制。位移控制是指由步進電機帶動某一物體直線運動到某一位置，如機床上刀架的移動和進刀等。

3.步進電機調速控制

在實際應用中，不僅需要精確的定位控制，往往還要求在規定的時間內完成定位，這就需要物體按規定的速度運行，實際就是控制步進電機的轉速。只要控制單片機輸出驅動電流脈沖的頻率，便可完成對步進電機轉速的控制。

四、結束語

由于電力、電子技術的發展，新型永磁材料研制上的突破，促進了步進電機的飛速發展。而步進電機的步距（轉速）只取決于脈沖頻率，因而抗干擾能力強，在不丟步的情況下，角位移的誤差也不會長期積累，能實現高精度的定位控制。所以，只要嚴格控制輸出驅動脈沖的頻率，便能精確控制步進電機起動、停止、正反轉及調速，實現精確的定位控制和速度控制。

參考文獻：

[1]電機與變壓器（第四版）[M].中國勞動社會保障出版社，2008.3.

[2]陳建鐸.Intel單片機應用技術[M].1988.8.