任务5.8步进电机的驱动讲述.doc

5.8 步进电机的原理和驱动 Page1 Page11 任务5.8 步进电机的驱动 5.7.1 任务介绍 直流电机通电后是连续转动的，转速高，惯性大，不适合于用于准确定位的场合。步进电机是一种将电脉冲转化成角位移的执行机构，当步进电机驱动器接收到一个脉冲信号，就会驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，通过控制脉冲个数，就可以达到准确定位的目的。步进电机广泛应用于机械、电子、纺织等行业，如切割机、包装机、雕刻机、电脑绣花机、计算器外设、办公自动化等产品都有步进电机的身影。 本节的任务是： 有三个按键，分别用来控制步进电机的启停、转向和转动角度。按下按键A，步进电机转动，再次按下，步进电机停止；按下按键B，步进电机正转，再次按下，步进电机反转；按键C控制步进电机的转动一次角度，分别为30、60和90。 5.7.2 知识准备 步进电机的控制原理 步进电机按种类来分有反应式、永磁式和混合式三种。图5.7.1是单定子反应式步进机 的工作原理图。 图5.7.1 反应式步进电机工作原理图 图5.7.1中步进电机分为定子和转子两部分。定子由定子铁心和定子绕组构成，定子绕组是绕置在定子铁心（6个均匀分布的齿）上的线圈，在直径方向上相对的两个齿上的线圈串联在一起，构成一相控制绕组。三相控制绕组，任一相绕组通电，便形成一组定子磁极，其方向即图中所示的NS极。在定子的每个磁极上，即定子铁心上的每个齿上又开了5个小齿，齿槽等宽，齿间夹角为9°。转子上没有绕组，只有均匀分布的40个小齿，齿槽也是等宽的，齿间夹角也是9°。 由于定子和转子的小齿数目分别是30和40，其比值是一分数，这就产生了所谓的齿错位的情况。若以A相磁极小齿和转子的小齿对齐，那么B相和C相磁极的齿就会分别和转子齿相错1/3的齿距，即3°。若给B相通电，B相绕组产生定子磁场，其磁力线穿越B相磁极，并力图按磁阻最小的路径闭合，这就使转子受到反应转矩（磁阻转矩）的作用而转动，直到B磁极上的齿与转子齿对齐，恰好转子转过3°，此时A、C磁极下的齿又分别与转子齿错开三分之一齿距。接着停止对B相绕组通电，而改为C相绕组通电，同理受反应转矩的作用，转子按顺时针方向再转过3°。依次类推，当3相绕组按A→B→C→A顺序循环通电时，转子会按顺时针方向，以每个通电脉冲转动3o的规律步进转动起来。若改变通电顺序，按A→C→B→A顺序循环通电，则转子就按逆时针方向以每个通电脉冲转动3°的规律转动。 2、步进电机的驱动方式 3相绕组按A→B→C→A顺序循环通电，每一瞬间只有一相绕组通电，称为单三拍运行方式，单三拍运行时的步矩角3°。除了“单3拍”，步进电机还可以以双三拍和单双6拍的方式运行。双3拍指的是在通电瞬间，两相绕组同时通电，其通电顺序为：AB→BC→CA→AB，和单3拍相比较，步距角相同，但力矩要大于单3拍。单双6拍的通电顺序为：A→AB→B→BC→C→CA→A，实际上是单3拍和双3拍的结合，力矩要比单3拍大，步矩角比单三拍和双三拍减小一半，因此六拍的工作方式既可以保持较高的转矩，又可以调高控制精度。 3、28BYJ-48步进电机 开发板上配置的步进电机型号为28BYJ-48，图5.7.2（a）是28BYJ步进电机的外形，（b）是电机绕组接线方式。 （a） （b） 图5.7.2 28BYJ步进电机外形及绕组接线方式 它是一个四相八拍电机，电压为5V。28代表电机的外径为28mm，B表示步进电机，Y表示永磁式，J表示为减速电机，48表示电机为四相八拍（也可以工作在四拍方式下）。 28BYJ-48步进电机共有5根接线，颜色分别是红、橙、黄、粉、蓝。其中红色接线是4相绕组的公共端，接5V；橙、黄、粉、蓝四根接线分别是4相绕组的另外一端引出线，代表电机的A、B、C和D四相，要给绕组通电，这四相需分别给低电平。 表5.7.1 是28BYJ-48步进电机的技术参数，驱动电压为5V，相电阻为300Ω，其中最小步距角度为5.625/64，减速比为1:64。5.625为步进电机按照8拍工作方式运行，每相通电后，转子转动的角度，如果按照四拍的方式运行，则转子转动的角度为5.625*2。28BYJ步进电机内部带有减速齿轮，减速齿轮转动64圈，电机的轴才转动一圈，这样最小步距角度为5.625/64就不难理解了。 表5.7.1 28BYJ-48步进电机参数 按照8拍驱动方式，每一拍电机转动的角度为5.625/64=0.087890625，程序中一个循环为8拍，则一个循环转动的角度为0.703125，电机转动一圈，需要的循环数为512。如果按照4拍的驱动方式，则每一拍