1、系統常識：
步進(jìn)電機和步進(jìn)電機驅動(dòng)器構成步進(jìn)電機驅動(dòng)系統。步進(jìn)電機驅動(dòng)系統的性能，不但取決于步進(jìn)電機自身的性能，也取決于步進(jìn)電機驅動(dòng)器的優(yōu)劣。對步進(jìn)電機驅動(dòng)器的研究幾乎是與步進(jìn)電機的研究同步進(jìn)行的。
2、系統概述：
步進(jìn)電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行元件。當步進(jìn)電機驅動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號（來(lái)自控制器），它就驅動(dòng)步進(jìn)電機按設定的方向轉動(dòng)一個(gè)固定的角度(稱(chēng)為“步距角”)，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。
3、系統控制：
步進(jìn)電機不能直接接到直流或交流電源上工作，必須使用專(zhuān)用的驅動(dòng)電源（步進(jìn)電機驅動(dòng)器）�？刂破鳎�脈沖信號發(fā)生器）可以通過(guò)控制脈沖的個(gè)數來(lái)控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機轉動(dòng)的速度和加速度，從而達到調速的目的。
4、用途：
步進(jìn)電機是一種控制用的特種電機，作為執行元件，是機電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，隨著(zhù)微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展（步進(jìn)電機驅動(dòng)器性能提高），步進(jìn)電機的需求量與日俱增。步進(jìn)電機在運行中精度沒(méi)有積累誤差的特點(diǎn)，使其廣泛應用于各種自動(dòng)化控制系統，特別是開(kāi)環(huán)控制系統。
5、步進(jìn)電機按結構分類(lèi)：
步進(jìn)電機也叫脈沖電機，包括反應式步進(jìn)電機（VR）、永磁式步進(jìn)電機（PM）、混合式步進(jìn)電機（HB）等。
（1）反應式步進(jìn)電機：
也叫感應式、磁滯式或磁阻式步進(jìn)電機。其定子和轉子均由軟磁材料制成，定子上均勻分布的大磁極上裝有多相勵磁繞組，定、轉子周邊均勻分布小齒和 槽，通電后利用磁導的變化產(chǎn)生轉矩。一般為三、四、五、六相；可實(shí)現大轉矩輸出（消耗功率較大，電流最高可達20A，驅動(dòng)電壓較高）；步距角�。ㄗ钚】勺� 到六分之一度）；斷電時(shí)無(wú)定位轉矩；電機內阻尼較小，單步運行（指脈沖頻率很低時(shí)）震蕩時(shí)間較長(cháng)；啟動(dòng)和運行頻率較高。
（2）永磁式步進(jìn)電機：
通常電機轉子由永磁材料制成，軟磁材料制成的定子上有多相勵磁繞組，定、轉子周邊沒(méi)有小齒和槽，通電后利用永磁體與定子電流磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生轉 矩。一般為兩相或四相；輸出轉矩�。ㄏ�耗功率較小，電流一般小于2A，驅動(dòng)電壓12V）；步距角大（例如7.5度、15度、22.5度等）；斷電時(shí)具有一 定的保持轉矩；啟動(dòng)和運行頻率較低。
（3）混合式步進(jìn)電機：
也叫永磁反應式、永磁感應式步進(jìn)電機，混合了永磁式和反應式的優(yōu)點(diǎn)。其定子和四相反應式步進(jìn)電機沒(méi)有區別（但同一相的兩個(gè)磁極相對，且兩個(gè)磁極 上繞組產(chǎn)生的N、S極性必須相同），轉子結構較為復雜（轉子內部為圓柱形永磁鐵，兩端外套軟磁材料，周邊有小齒和槽）。一般為兩相或四相；須供給正負脈沖 信號；輸出轉矩較永磁式大（消耗功率相對較�。�；步距角較永磁式�。ㄒ话銥�1.8度）；斷電時(shí)無(wú)定位轉矩；啟動(dòng)和運行頻率較高；是目前發(fā)展較快的一種步進(jìn) 電機。
6、步進(jìn)電機按工作方式分類(lèi)：可分為功率式和伺服式兩種。
（1）功率式：輸出轉矩較大，能直接帶動(dòng)較大負載（一般使用反應式、混合式步進(jìn)電機）。

（2）伺服式：輸出轉矩較小，只能帶動(dòng)較小負載（一般使用永磁式、混合式步進(jìn)電機）。
7、步進(jìn)電機的選擇：
（1）首先選擇類(lèi)型，其次是具體的品種與型號。
（2）反應式、永磁式和混合式三種步進(jìn)電機的性能指標、外形尺寸、安裝方法、脈沖電源種類(lèi)和控制電路等都不同，價(jià)格差異也很大，選擇時(shí)應綜合考慮。
（3）具有控制集成電路的步進(jìn)電機應優(yōu)先考慮。
8、步進(jìn)電機的基本參數：
（1）電機固有步距角：
它表示控制系統每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖信號，電機所轉動(dòng)的角度。電機出廠(chǎng)時(shí)給出了一個(gè)步距角的值，如STP-59D5026型電機給出的值為 0.9°/1.8°（表示半步工作時(shí)為0.9°、整步工作時(shí)為1.8°），這個(gè)步距角可以稱(chēng)之為‘電機固有步距角’，它不一定是電機工作時(shí)的實(shí)際步距角， 實(shí)際步距角和驅動(dòng)器有關(guān)。
（2）步進(jìn)電機的相數：
是指電機內部的線(xiàn)圈組數，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進(jìn)電機。電機相數不同，其步距角也不同，一般二相電機的步距角為 0.9°/1.8°、三相的為0.75°/1.5°、五相的為0.36°/0.72° 。步進(jìn)電機增加相數能提高性能，但步進(jìn)電機的結構和驅動(dòng)電源都會(huì )更復雜，成本也會(huì )增加。
（3）保持轉矩（HOLDING TORQUE）：
也叫最大靜轉矩，是在額定靜態(tài)電流下施加在已通電的步進(jìn)電機轉軸上而不產(chǎn)生連續旋轉的最大轉矩。它是步進(jìn)電機最重要的參數之一，通常步進(jìn)電機在 低速時(shí)的力矩接近保持轉矩。由于步進(jìn)電機的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉矩就成為了衡量步進(jìn)電機最重要的參 數之一。比如，當人們說(shuō)2N.m的步進(jìn)電機，在沒(méi)有特殊說(shuō)明的情況下是指保持轉矩為2N.m的步進(jìn)電機。
（4）步距精度：
可以用定位誤差來(lái)表示，也可以用步距角誤差來(lái)表示。
（5）矩角特性：
步進(jìn)電機的轉子離開(kāi)平衡位置后所具有的恢復轉矩，隨著(zhù)轉角的偏移而變化。步進(jìn)電機靜轉矩與失調角的關(guān)系稱(chēng)為矩角特性。
（6）靜態(tài)溫升：
指電機靜止不動(dòng)時(shí)，按規定的運行方式中最多的相數通以額定靜態(tài)電流，達到穩定的熱平衡狀態(tài)時(shí)的溫升。
（7）動(dòng)態(tài)溫升：
電機在某一頻率下空載運行，按規定的運行時(shí)間進(jìn)行工作，運行時(shí)間結束后電機所達到的溫升叫動(dòng)態(tài)溫升。
（8）轉矩特性：
它表示電機轉矩和單相通電時(shí)勵磁電流的關(guān)系。
（9）啟動(dòng)矩頻特性：
啟動(dòng)頻率與負載轉矩的關(guān)系稱(chēng)為啟動(dòng)矩頻特性。
（10）運行矩頻特性/慣頻特性：略
（11）升降頻時(shí)間：
指電機從啟動(dòng)頻率升到最高運行頻率或從最高運行頻率降到啟動(dòng)頻率所需的時(shí)間。
（12）DETENT TORQUE：
是指步進(jìn)電機沒(méi)有通電的情況下，定子鎖住轉子的力矩。DETENT TORQUE 在國內沒(méi)有統一的翻譯方式，容易產(chǎn)生誤解；反應式步進(jìn)電機的轉子不是永磁材料，所以它沒(méi)有DETENT TORQUE。
9、步進(jìn)電機的一些特點(diǎn)：
（1）步進(jìn)電機沒(méi)有積累誤差：一般步進(jìn)電機的精度為實(shí)際步距角的百分之三到五，且不累積。
（2）步進(jìn)電機在工作時(shí)，脈沖信號按一定順序輪流加到各相繞組上（由驅動(dòng)器內的環(huán)形分配器控制繞組通斷電的方式）。
（3）即使是同一臺步進(jìn)電機，在使用不同驅動(dòng)方案時(shí)，其矩頻特性也相差很大。
（4）步進(jìn)電機與其它電動(dòng)機不同，其標稱(chēng)額定電壓和額定電流只是參考值；又因為步進(jìn)電機是以脈沖方式供電，電源電壓是其最高電壓，而不是平均電壓，所以，步進(jìn)電機可以超出其額定值范圍工作。但選擇時(shí)不應偏離額定值太遠。
（5）步進(jìn)電機外表允許的最高溫度： 步進(jìn)電機溫度過(guò)高首先會(huì )使電機的磁性材料退磁，從而導致力矩下降乃至于失步，因此電機外表允許的最高溫度應取決于不同電機磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來(lái)講，磁 性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏130度以上，有的甚至高達攝氏200度以上，所以步進(jìn)電機外表溫度在攝氏80-90度完全正常。
（6）步進(jìn)電機的力矩會(huì )隨轉速的升高而下降：當步進(jìn)電機轉動(dòng)時(shí)，電機各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢；頻率越高，反向電動(dòng)勢越大。在它的作用下，電機隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導致力矩下降。
（7）步進(jìn)電機低速時(shí)可以正常運轉,但若高于一定頻率就無(wú)法啟動(dòng),并伴有嘯叫聲。
步進(jìn)電機有一個(gè)技術(shù)參數：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟 步或堵轉。在有負載的情況下，啟動(dòng)頻率應更低。如果要使電機達到高速轉動(dòng)，脈沖頻率應該有加速過(guò)程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻 （電機轉速從低速升到高速）。
（8）四相混合式步進(jìn)電機一般由兩相驅動(dòng)器來(lái)驅動(dòng)，因此，連接時(shí)可以采用串聯(lián)接法或并聯(lián)接法將四相電機接成兩相使用。串聯(lián)接法一般在電機轉速較 低的場(chǎng)合使用，此時(shí)需要的驅動(dòng)器輸出電流為電機相電流的0.7倍，因而電機發(fā)熱��；并聯(lián)接法一般在電機轉速較高的場(chǎng)合使用（又稱(chēng)高速接法），所需要的驅動(dòng) 器輸出電流為電機相電流的1.4倍，因而電機發(fā)熱較大。
（9）混合式步進(jìn)電機驅動(dòng)器的供電電源電壓一般是一個(gè)較寬的范圍 （比如IM483的供電電壓為12～48VDC），電源電壓通常根據電機的工作轉速和響應要求來(lái)選擇。如果電機工作轉速較高或響應要求較快，那么電壓取值 也高，但注意電源電壓的紋波不能超過(guò)驅動(dòng)器的最大輸入電壓，否則可能損壞驅動(dòng)器。
（10）供電電源電流一般根據驅動(dòng)器的輸出相電流I來(lái)確定。如果采用線(xiàn)性電源，電源電流一般可取I 的1.1～1.3倍；如果采用開(kāi)關(guān)電源，電源電流一般可取I 的1.5～2.0倍。
（11）當脫機信號FREE為低電平時(shí)，驅動(dòng)器輸出到電機的電流被切斷，電機轉子處于自由狀態(tài)（脫機狀態(tài)）。在有些自動(dòng)化設備中，如果在驅動(dòng)器 不斷電的情況下要求直接轉動(dòng)電機軸（手動(dòng)方式），就可以將FREE信號置低，使電機脫機，進(jìn)行手動(dòng)操作或調節。手動(dòng)完成后，再將FREE信號置高，以繼續 自動(dòng)控制。
（12）用簡(jiǎn)單的方法調整兩相步進(jìn)電機通電后的轉動(dòng)方向，只需將電機與驅動(dòng)器接線(xiàn)的A+和A-（或者B+和B-）對調即可。
10、步進(jìn)電機驅動(dòng)器的一些特點(diǎn)：
（1）構成步進(jìn)電機驅動(dòng)器系統的專(zhuān)用集成電路：
A、脈沖分配器集成電路：如三洋公司的PMM8713、PMM8723、PMM8714等。
B、包含脈沖分配器和電流斬波的控制器集成電路：如SGS公司的L297、L6506等。
C、只含功率驅動(dòng)（或包含電流控制、保護電路）的驅動(dòng)器集成電路：如日本新電元工業(yè)公司的MTD1110（四相斬波驅動(dòng)）和MTD2001（兩相、H橋、斬波驅動(dòng)）。
D、將脈沖分配器、功率驅動(dòng)、電流控制和保護電路都包括在內的驅動(dòng)控制器集成電路，如東芝公司的TB6560AHQ、MOTOROLA公司的SAA1042（四相）和ALLEGRO公司的UCN5804（四相）等。
（2）“細分驅動(dòng)”概述：
概念：
將“電機固有步距角”細分成若干小步的驅動(dòng)方法，稱(chēng)為細分驅動(dòng)，細分是通過(guò)驅動(dòng)器精確控制步進(jìn)電機的相電流實(shí)現的，與電機本身無(wú)關(guān)。其原理是， 讓定子通電相電流并不一次升到位，而斷電相電流并不一次降為0（繞組電流波形不再是近似方波，而是N級近似階梯波），則定子繞組電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)合力，會(huì ) 使轉子有N個(gè)新的平衡位置（形成N個(gè)步距角）。
最新技術(shù)發(fā)展：
國內外對細分驅動(dòng)技術(shù)的研究十分活躍，高性能的細分驅動(dòng)電路，可以細分到上千甚至任意細分。目前已經(jīng)能夠做到通過(guò)復雜的計算使細分后的步距角均勻一致，大大提高了步進(jìn)電機的脈沖分辨率，減小或消除了震蕩、噪聲和轉矩波動(dòng)，使步進(jìn)電機更具有“類(lèi)伺服”特性。
對實(shí)際步距角的作用：在沒(méi)有細分驅動(dòng)器時(shí)，用戶(hù)主要靠選擇不同相數的步進(jìn)電機來(lái)滿(mǎn)足自己對步距角的要求。如果使用細分驅動(dòng)器，則用戶(hù)只需在驅動(dòng)器上改變細分數，就可以大幅度改變實(shí)際步距角，步進(jìn)電機的‘相數’對改變實(shí)際步距角的作用幾乎可以忽略不計。
采用細分技術(shù)與步進(jìn)電機精度提高的關(guān)系：步進(jìn)電機的細分技術(shù)實(shí)質(zhì)上是一種電子阻尼技術(shù)，其主要目的是減弱或消除步進(jìn)電機的低頻振動(dòng)，提高電機的 運轉精度只是細分技術(shù)的一個(gè)附帶功能。細分后電機運轉時(shí)對每一個(gè)脈沖的分辨率提高了，但運轉精度能否達到或接近脈沖分辨率還取決于細分驅動(dòng)器的細分電流控 制精度等其它因素。不同廠(chǎng)家的細分驅動(dòng)器精度可能差別很大；細分數越大精度越難控制。
真正的細分對驅動(dòng)器要有相當高的技術(shù)要求和工藝要求，成本亦會(huì )較高。國內有一些驅動(dòng)器采用對電機相電流進(jìn)行“平滑”處理來(lái)取代細分，屬于“假細分”，“平滑”并不產(chǎn)生微步，會(huì )引起電機力矩的下降。真正的細分控制不但不會(huì )引起電機力矩的下降，相反，力矩會(huì )有所增加。