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。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。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电机，是现代数字程序控制系统中的主要执行元件，应用极为广泛。

在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

工作原理

通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。

发热原理

通常见到的各类电机，内部都是有铁芯和绕组线圈的。绕组有电阻，通电会产生损耗，损耗大小与电阻和电流的平方成正比，这就是我们常说的铜损，如果电流不是标准的直流或正弦波，还会产生谐波损耗;铁心有磁滞涡流效应，在交变磁场中也会产生损耗，其大小与材料，电流，频率，电压有关，这叫铁损。铜损和铁损都会以发热的形式表现出来，从而影响电机的效率。步进电机一般追求定位精度和力矩输出，效率比较低，电流一般比较大，且谐波成分高，电流交变的频率也随转速而变化，因而步进电机普遍存在发热情况，且情况比一般交流电机严重。

步进电机接线图

四相步进电机接线图

8线步进电机接线图图解

在没有电机说明书时，可以用万用表确认电机8引线的极性，具体步骤如下：

步进电机接线图，8线步进电机接线图图解

A.先用万用表测量8个引线之间的电阻，可判断出4组线圈引线;

B.由于只接1、6，2、8或1、6，7、4二个线圈电机也能正常转动，所以，在4个线圈中任选2个，接在驱动器上;

如果电机不转，说明这2组线圈是A相线圈;另外2个线圈是B相的2个线圈;

如果电机转动，说明这2个线圈一个是A相，一个是B相线圈;

C.接2组线圈让电机转动后，再从剩下的2个线圈中任选一个线圈，串联在A相线圈上，如果电机电机正常转动了，说明该线圈是A相的另一个线圈;

如果电机不转，将这个线圈的正负对调后再试一次，如果电机还不转，说明该线圈是B相的另一个线圈。

D.用上述同样方法，可以确定最后一个线圈的极性。

四相八线步进电机接法 ：F1、F2接励磁电源，H1和C1用连线连起来，H2、C2接直流电源。如果需要反转只需改换一下连线这就是：将H1和C2连起来，H2、C1接直流电源就可以了。

步进电机接线图，8线步进电机接线图图解

四相八线和两相四线步进电机的区别：

两相步进电机在定子上只有两个绕组，有四根出线，整步为1.8°，半步为0.9°。在驱动器中，只要对两相绕组电流通断和电流方向进行控制就可以了。而四相步进电机在定子上有四个绕组，有八根出线，整步为0.9°，半步为0.45°，不过驱动器中需要对四个绕组进行控制，电路相对复杂了。

步进电机接线图，8线步进电机接线图图解

步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。

步进电机的硬件电路设计，步进电机驱动原理及方法

步进电机的硬件电路设计

1、单片机的选择

本次设计以CPU选用89C5l作为步进电机的控制芯片.89C51的结构简单并可以在编程器上实现闪烁式的电擦写达几万次以上.使用方便等优点，而且完全兼容MCS5l系列单片机的所有功能。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—FAlsh ProgrAmmABle And ErAsABle ReAd Only Memory)的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案

1.1单片机的引脚功能：

(1)VCC(40)：电源+5V。

(2)VSS(20)：接地，也就是GND。

(3)XTL1(19)和XTL2(18)：振荡电路。

单片机是一种时序电路，必须有脉冲信号才能工作，在它的内部有一个时钟产生电路，有两种振荡方式，一种是内部振荡方式，只要接上两个电容和一个晶振即可;另一种是外部振荡方式，采用外部振荡方式时，需在XTL2上加外部时钟信号(详细的内容将在以后的课程中专门介绍)。

(4)PSEN(29)：片外ROM选通信号，低电平有效。

(5)ALE/PROG(30)：地址锁存信号输出端/EPROM编程脉冲输入端。

(6)RST/VPD(9)：复位信号输入端/备用电源输入端。

(7)EA/VPP(31)：内/外部ROM选择 端

(8)P0口(39-32)：双向I/O口。9.P1口(1-8)：准双向通用I/0口。

(9)P2口(21-28)：准双向I/0口。原理图如1所示：

步进电机的硬件电路设计，步进电机驱动原理及方法

1.2 主要特性：

与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环数据保留时间：全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定、128*8位内部RAM、32可编程I/O线、两个16位定时器/计数器、5个中断源、可编程串行通道、低功耗的闲置和掉电模式、片内振荡器和时钟电路

(1) 振荡器特性：

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

(2) 芯片擦除：

整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。

此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。

2、步进电机的选择

因本次设计的要求，步进电机的应选用三相三拍的步进电机，关于步进电机的具体说明如下;

反应式步进电动机是利用凸极转子交轴磁阻与直轴磁阻之差所产生的反应转矩而转动的所以也称为磁阻式步进电动机现以一个最简单的三相反应式步进电动机为例说明其工作原理。

图2是一台三相反应式步进电动机的原理图定子铁芯为凸极式共有三对六个磁极每两个相对的磁极上绕有一相控制绕组转子用软磁性材料制成也是凸极结构只有四个齿齿宽等于定子的极靴宽下面通过几种基本的控制方式来说明其工作原理。

步进电机的硬件电路设计，步进电机驱动原理及方法

2.1 三相单三拍通电方式

当A 相控制绕组通电，其余两相均不通电，电机内建立以定子A 相极为轴线的磁场。由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特点，使转子齿1， 3 的轴线与定子A 相极轴线对齐，如图4 (A)所示。若A 相控制绕组断电，B 相控制绕组通电时，转子在反应转矩的作用下，逆时针方向转过30，°使转子齿2，4 的轴线与定子B 相极轴线对齐，即转子走了一步，如图4(B)所示， 若再断开B相，使C相控制绕组通电，转子又转过30° 使转子齿1，3 的轴线与定子C相极轴线对齐，如图4(C)所示。如此按A-B–C-A 的顺序轮流通电，转子就会一步一步地按逆时针方向转动，其转速取决于各相控制绕组通电与断电的频率，旋转方向取决于控制绕组轮流通电的顺序若按A-C-B-A 的顺序通电，则电机按顺时针反方向转动。

上述通电方式称为三相单三拍运行，”三相”是指三相步进电动机，”单”是指每次只有一相控制绕组通电，控制绕组每改变一次通电方式称为一拍，三拍是指经过三次改变通电方式为一个循环，我们称每一拍转子转过的角度为步距角。三相单三拍运行时的步距角为30度。其原理图如2所示：

步进电机的硬件电路设计，步进电机驱动原理及方法

2.2 三相双三拍通电方式

控制绕组的通电方式为AB-BC-CA-AB 或AB-CA-BC-AB 每拍同时有两相绕组通电三拍为一个循环，当A B 两相控制绕组同时通电时转子齿的位置应同时考虑到两对定子极的作用，只有A 相极和B 相极对转子齿所产生的磁拉力相平衡才是转子的平衡位置如2-2 B 所示，可见双三拍运行时的步距角仍是30°，但双三拍运行时每一拍总有一相绕组持续通电，例如由A B 两相通电变为B C 两相通电时，B 相保持持续通电状态C 相磁拉力图使转子逆时针方向转动，而B 相磁拉力却起有阻止转子继续向前转动的作用。即起到一定的电磁阻尼作用所以电机工作比较平稳，而在三相单三拍运行时由于没有这种阻尼作用，所以转子达到新的平衡位置容易产生振荡稳定性不如双三拍运行方式。三相双三拍运行方式AB相与BC相导通的结构如图2-2所示：

步进电机的硬件电路设计，步进电机驱动原理及方法

在分析步进电动机动态运行时，不仅要知道某一相控制绕组通电时的矩角特性，而且要知道整个运行过程中各相控制绕组通电状态下的矩角特性，即所谓矩角特性族以三相单三拍的通电方式为例，若将失调角θ的坐标轴统一取在A 相磁极的轴线上，显然A 相通电时矩角特性如图3中曲线A 所示稳定平衡点为O，点B 相通电时转子转过1/3 齿距相当于转过2π/3 电角度，它的稳4-3中曲线C， 这三条曲线就构成了三相单三拍通电方式时的矩角特性族总之矩角特性族中的每一条曲线依次错开一个用电角度表示的步矩角

步进电机的硬件电路设计，步进电机驱动原理及方法

同理可得到三相单双六拍通电方式时的矩角特性族如图4与5 所示：

步进电机的硬件电路设计，步进电机驱动原理及方法

步进电机的硬件电路设计，步进电机驱动原理及方法

步进电机的动态特性是指步进电动机在运行过程中的特性它直接影响系统工作的可靠性和系统的快速反应。

(1)单步运行状态

单步运行状态是指步进电动机在一相或多相控制绕组通电状态下仅改变一次通电状态时的运行方式。

(2)动稳定区

当A 相控制绕组通电时矩角特性如图中的曲线A 所示，若步进电动机为理想空载则转子处于稳定平衡点

处，如果将A相通电改变为B相通电，那么矩角特性应向前移动一个步距角

变为曲线B，

点为新的稳定平衡点由于在改变通电状态的初瞬转子位置来不及改变还处于θ=0的位置，对应的电磁转矩却由O 突变为曲

线B上的C 点，电机在该转矩的作用下转子向新的稳定平衡位置，移动直至到达

点为止对应它的静稳定区为止，(-π+

)《θ 《(π+

)， 即改变通电状态的瞬间只要转子在这个区域内就能趋向新的稳定平衡位置，因此把后一个通电相的静稳定区称为前一个通电相的动稳定区，把初始稳定平衡点OA 与动稳定区的边界点A 之间的距离称为稳定裕度，拍数越多步距角越小，动稳定区就越接近静稳定区稳定裕度越大，运行的稳定性越好转子从原来的稳定平衡点到达新的稳定平衡点的时间越短，能够响应的频率也就越高。原理图如5所示：

步进电机的硬件电路设计，步进电机驱动原理及方法

图5 稳定响应曲线

(3)最大负载能力

步进电动机带恒定负载时负载转矩为

* MERGEFORMAT ，

* MERGEFORMAT 若A 相控制绕组通电则转子的稳定平衡位置为图 A中曲线A 上的

* MERGEFORMAT 点，这一点的电磁转矩正好与负载转矩相平衡，当输入一个控制脉冲信号通电状态由A相改变为B 相，矩角特性变为曲线B 在改变通电状态的瞬间电机产生的电磁转矩

* MERGEFORMAT 大于负载转矩

* MERGEFORMAT ，电机在该转矩的作用下转过一个步距角到达新的稳定平衡点OB´，如图6所示：

步进电机的硬件电路设计，步进电机驱动原理及方法

图6 最大负载转矩的确定

(a)

(b)

如果负载转矩增大为

* MERGEFORMAT ，且

，如图4-14(B)则初始平衡位置为

* MERGEFORMAT 点，但在改变通电状态的瞬间电机产生电磁转矩为

，由于

，转子不能到达新的稳定平衡位置点

，而是向失调角θ减小的方向滑动，电机不能带动负载作步进运行，这时步进电动机实际上是处于失控状态，由此可见只有负载转矩小于相邻两个矩角特性交点S 所对应的电磁转矩

才能保证电机正常的步进运行，把

称为最大负载转矩也称为启动转矩当然它比最大静转矩

可求得启动转矩公式2-1。

步进电机的硬件电路设计，步进电机驱动原理及方法

步进电机的驱动原理及方法

步进电机的驱动原理

关于步进电机的驱动机械装置，用简单的构造图简易说明，在图1 是为了要说明步进电机驱动原理的构造图，在固定架构上有4个电磁铁并列这，它的下方有一个可动磁铁对向这，而且，在磁铁的下侧上装置了引导滚轮作直线状的引导轴，沿这左、右移动的构造。

步进电机的硬件电路设计，步进电机驱动原理及方法

如此，在此对步进电动机的动作顺道追加说明，现在，电磁铁L1和可动磁铁Mg之间相互作用产生的磁气吸引力，因而在这里场合，(a)部的位置滑动部产生静止作用，其次是电磁铁L2激磁时，刚才的电磁铁L1 OFF，由于如此可动磁铁就被吸引附在电磁铁L2的位置上，就成为在(b)的位置上，更进一步的在电磁铁L3受激磁时，刚才的电磁铁L2 OFF，由于如此可动磁铁就移动至电磁铁L3的位置为止，就成为在(c)的位置上。

以下，依照这各动作而反复的操作，可动磁铁就会向箭头方向移动，因而，依照像这种动作顺次的操作下，可以实现出一种致动器(在此为直线运动)，还有，在此所使用的电磁铁L1~L4，在任何可动磁铁(Mg)侧上，都以产生N极的电流流通。

而且，在此所说的构造图并不是只能有4个电磁铁而已，在必要上也可增加它的对应数。

图1的电机为直线型运动，总之就是属于线性步进电机，因而，就如这样并不能成为转型的情况，如此，为了要成为转型就必须下些功夫，图2为了要使刚才线性型的构造成为旋转型的总结，所以它的驱动原理在本质上和刚才的直线运动型一样。

步进电机的硬件电路设计，步进电机驱动原理及方法

步进电机的5种驱动方法

1. 恒电压驱动

单电压驱动是指在电机绕组工作过程中，只用一个方向电压对绕组供电，多个绕组交替提供电压。该方式是一种比较老的驱动方式，现在基本不用了。

优点：电路简单，元件少、控制也简单，实现起来比较简单

缺点：必须提供足够大的电流的三极管来进行开关处理，步进电机运转速度比较低，电机震动比较大，发热大。由于已经不再使用，所以不多描述。

2. 高低压驱动

由于恒电压驱动存在以上诸多缺点，技术的进一步发展，研发出新的高低压驱动来改善恒电压驱动的部分缺点，高低压驱动的原理是，在电机运动到整步的时候使用高压控制，在运动到半步的时候使用低压控制，停止时也是使用低压来控制。

优点：高低压控制在一点程度上改善了震动和噪音，第一次提出细分控制步进电机的概念，同时也提出了停止时电流减半的工作模式。

缺点：电路相对恒电压驱动复杂，对三极管高频特性要求提高，电机低速仍然震动比较大，发热仍然比较大，现在基本上不使用这种驱动模式。

3. 自激式恒电流斩波驱动

自激式恒电流斩波驱动的工作原理是通过硬件设计当电流达到某个设定值的时候通过硬件将其电流关闭，然后转为另一个绕组通电，另一个绕组通电的电流到某个固定的电流的时候，又能通过硬件将其关闭，如此反复，推进步进电机运转。

优点：噪音大大减小，转速一定程度上提高了，性能比前两种有一定的提高。

缺点：对电路设计要求比较高，对电路抗干扰要求比较高，容易引起高频，烧坏驱动元件，对元件性能要求比较高。

4. 电流比较斩波驱动(目前市场上主要采用的技术)

电流比较斩波驱动是把步进电机绕组电流值转化为一定比例的电压，与D/A转换器输出的预设值进行比较，比较结果来控制功率管的开关，从而达到控制绕组相电流的目的。

优点：使运动控制模拟正弦波的特点，大大提高性能，运动速度和噪音都比较小，可以使用比较高的细分，是当前流行的控制方法。

缺点：电路比较复杂，对电路中的干扰难以控制和理论要求相吻合，容易产生抖动，在控制形成正弦波的波峰和波谷，容易导致高频干扰，进而导致驱动元件发热或者由于频率过高而老化，这也是很多驱动器使用1年多的时候容易出现红灯保护的主要原因。

5. 潜进式驱动

这是一种全新的运动控制技术，该技术是在当前电流比较斩波驱动技术的前提下，克服其中的缺点而创新的一种全新的驱动方法。其核心技术是在电流比较斩波驱动的前提下增加了驱动元件发热和高频抑制保护技术。

优点：兼有电流比较斩波驱动的优点外，发热特别小，使用寿命较长。

缺点：全新技术，价格比较高，目前每种步进电机和驱动器匹配要求相对比较严格。

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。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。

步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。

虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。

步进电机的技术参数、控制及其应用

步进电机从其结构形式上可分为反应式步进电机(Variable Reluctance，VR)、永磁式步进电机Permanent Magnet，PM)、混合式步进电机(Hybrid Stepping，HS)、单相步进电机、平面步进电机等多种类型，在我国所采用的步进电机中以反应式步进电机为主。步进电机的运行性能与控制方式有密切的关系，步进电机控制系统从其控制方式来看，可以分为以下三类：开环控制系统、闭环控制系统、半闭环控制系统。半闭环控制系统在实际应用中一般归类于开环或闭环系统中。[1]

反应式：定子上有绕组、转子由软磁材料组成。结构简单、成本低、步距角小，可达1.2°、但动态性能差、效率低、发热大，可靠性难保证。

永磁式：永磁式步进电机的转子用永磁材料制成，转子的极数与定子的极数相同。其特点是动态性能好、输出力矩大，但这种电机精度差，步矩角大(一般为7.5°或15°)。

混合式：混合式步进电机综合了反应式和永磁式的优点，其定子上有多相绕组、转子上采用永磁材料，转子和定子上均有多个小齿以提高步矩精度。其特点是输出力矩大、动态性能好，步距角小，但结构复杂、成本相对较高。

按定子上绕组来分，共有二相、三相和五相等系列。最受欢迎的是两相混合式步进电机，约占97%以上的市场份额，其原因是性价比高，配上细分驱动器后效果良好。该种电机的基本步距角为1.8°/步，配上半步驱动器后，步距角减少为0.9°，配上细分驱动器后其步距角可细分达256倍(0.007°/微步)。由于摩擦力和制造精度等原因，实际控制精度略低。同一步进电机可配不同细分的驱动器以改变精度和效果。

步进电机的技术参数、控制及其应用

步进电机的技术参数

1、步进电机的基本参数

(1) 空载启动频率：

即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率更低。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，然后一定加速度升到所希望的高频(电机转速从低速升到高速)。

(2) 电机固有步距角：

它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值，如86BYG250A型电机给出的值为0.9°/1.8°(表示半步工作时为0.9°、整步工作时为1.8°)，这个步距角可以称之为‘电机 固有步距角’， 它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。

(3) 步进电机的相数：

是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为0.9°/1.8°、三相的 为0.75°/1.5°、五相的为0.36°/0.72°。在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器，则‘相数’将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。

(4) 保持转矩(HOLDING TORQUE)：是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力 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，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。比如，当人们说2N.m的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N.m的步进电机。

步进电机的技术参数、控制及其应用

2、步进电机动态指标及术语：

(1) 步距角精度： 步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。用百分表示：误差/步距角*100%。不同运行拍数其值不同， 四拍运行时应在5%之内，八拍运行时应在15%以内。

(2) 失步： 电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。称之为失步。

(3) 失调角：转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的。

(4) 最大空载起动频率： 电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接起动的最大频率。

(5) 最大空载的运行频率：电机在某种驱动形式，电压及额定电流下，电机不带负载的最高转速频率。

(6) 运行矩频特性：电机在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特性，这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。如下 图1所示：

步进电机的技术参数、控制及其应用

(7) 电机的共振点：

步进电机均有固定的共振区域，二、四相感应子式步进电机的共振区一般在180-250pps之间(步距角1.8度)或在400pps左右(步距角为0.9度)，电机驱动电压越高，电机电流越大，负载越轻，电机体积越小，则共振区向上偏移，反之亦然，为使电机输出电矩大，不失步和整个系统的噪音降低，一般工作点均应偏移共振区较多。

其它特性还有惯频特性、起动频率特性等。电机一旦选定，电机的静力矩确定而动态力矩却不然，电机的动态力矩取决于电机运行时的平均电流(而非静态流)平均电流越大，电机输出力矩越大，即电机的频率特性越硬。如下图2所示：

步进电机的技术参数、控制及其应用

其中，曲线3电流最大、或电压最高;曲线1电流最小、或电压最低，曲线与负载的交点为负载的最大速度点。要使平均电流大，尽可能提高驱动电压，使采用小电感大电流的电机。

步进电机的控制与应用

步进电机的开环控制

步进电机的技术参数、控制及其应用

1、步进电机的硬件控制

步进电机的技术参数、控制及其应用

(1)脉冲分配器

当方向电平为低时，脉冲分配器的输出按A-B-C的顺序循环产生脉冲。

步进电机的技术参数、控制及其应用

当方向电平为高时，脉冲分配器的输出按A-C-B的顺序循环产生脉冲。

(2)加、减速控制：

步进电机的技术参数、控制及其应用

(3)功率放大器

将脉冲分配器的输出信号进行电流放大后给电动机的定子绕组供电，使电动机的转子产生输出转矩。

2.步进电机的微机控制：

目前，伺服系统的数字控制大都是采用硬件与软件相结合的控制方式，其中软件控制方式一般是利用微机实现的。这是因为基于微机实现的数字伺服控制器与模拟伺服控制器相比，具有下列优点：

(1)能明显地降低控制器硬件成本。速度更快、功能更新的新一代微处理机不断涌现，硬件费用会变得很便宜。体积小、重量轻、耗能少是它们的共同优点。

(2)可显著改善控制的可靠性。集成电路和大规模集成电路的平均无故障时(MTBF)大大长于分立元件电子电路。

(3)数字电路温度漂移小，也不存在参数的影响，稳定性好。

(4)硬件电路易标准化。在电路集成过程中采用了一些屏蔽措施，可以避免电力电子电路中过大的瞬态电流、电压引起的电磁干扰问题，因此可靠性比较高。

(5)采用微处理机的数字控制，使信息的双向传递能力大大增强，容易和上位系统机联运，可随时改变控制参数。

(6)可以设计适合于众多电力电子系统的统一硬件电路，其中软件可以模块化设计，拼装构成适用于各种应用对象的控制算法;以满足不同的用途。软件模块可以方便地增加、更改、删减，或者当实际系统变化时彻底更新。

(7)提高了信息存贮、监控、诊断以及分级控制的能力，使伺服系统更趋于智能化。

(8)随着微机芯片运算速度和存贮器容量的不断提高，性能优异但算法复杂的控制策略有了实现的基础。

步进电机的技术参数、控制及其应用

步进电机的闭环控制

步进电机的技术参数、控制及其应用