步進(jìn)電機(jī)工作原理

通常電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過定子繞組時，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場。該磁場會帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場旋轉(zhuǎn)一個角度。

步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時供電的，多相時序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動器就是為步進(jìn)電機(jī)分時供電的，多相時序控制器。

每輸入一個電脈沖，電動機(jī)轉(zhuǎn)動一個角度前進(jìn)一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機(jī)就會反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機(jī)各相繞組的通電順序來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動。

一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%，且不累積。

步進(jìn)電機(jī)的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動時，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。

步進(jìn)電機(jī)低速時可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但若高于一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲。

步進(jìn)電機(jī)有一個技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動，可能發(fā)生失步或堵轉(zhuǎn)。

在有負(fù)載的情況下，啟動頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。

步進(jìn)電機(jī)為什么要加減速控制

步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于脈沖頻率、轉(zhuǎn)子齒數(shù)和拍數(shù)。其角速度與脈沖頻率成正比，而且在時間上與脈沖同步。因而在轉(zhuǎn)子齒數(shù)和運(yùn)行拍數(shù)一定的情況下，只要控制脈沖頻率即可獲得所需速度。由于步進(jìn)電機(jī)是借助它的同步力矩而啟動的，為了不發(fā)生失步，啟動頻率是不高的。特別是隨著功率的增加，轉(zhuǎn)子直徑增大，慣量增大，啟動頻率和最高運(yùn)行頻率可能相差十倍之多。

步進(jìn)電機(jī)的起動頻率特性使步進(jìn)電機(jī)啟動時不能直接達(dá)到運(yùn)行頻率，而要有一個啟動過程，即從一個低的轉(zhuǎn)速逐漸升速到運(yùn)行轉(zhuǎn)速。停止時運(yùn)行頻率不能立即降為零，而要有一個高速逐漸降速到零的過程。

因此，步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行一般要經(jīng)過加速、勻速、減速三個階段，要求加減速過程時間盡量的短，恒速時間盡量長。特別是在要求快速響應(yīng)的工作中，從起點(diǎn)到終點(diǎn)運(yùn)行的時間要求最短，這就必須要求加速、減速的過程最短，而恒速時的速度最高。

加減速算法是運(yùn)動控制中的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是實(shí)現(xiàn)高速、高效率的關(guān)鍵因素之一。在工業(yè)控制中，一方面要求加工的過程平滑、穩(wěn)定，柔性沖擊小；另一方面需要響應(yīng)時間快，反應(yīng)迅速。在保證控制精度的前提下來提高加工效率，實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動平滑穩(wěn)定，是目前工業(yè)加工中一直要解決的關(guān)鍵問題。當(dāng)前運(yùn)動控制系統(tǒng)中常用的加減速算法主要有：梯形曲線加減速、指數(shù)曲線加減速、S形曲線加減速、拋物線曲線加減速等。