为你支招，步进电机驱动设计不再难

图6 电流可控的等角度恒力矩细分

下面介绍合成矢量幅值保持不变的数学模型：当Ia=Im·cosx，Ib=Im·sinx时(式中Im为电流额定值，Ia、Ib为实际的相电流，x由细分数决定)，其合成矢量始终为圆的半径，即恒力距。

等角度是指合成的力臂每次旋转的角度一样。额定电流可调是指可满足各种系列电机的要求。例如，86系列电机的额定电流为6～8 A，而57系列电机一般不超过6 A，驱动器有各种档位电流可供选择。细分为对额定电流的细分。

为实现“额定电流可调的等角度恒力距”，理论上只要各相相电流能够满足以上的数学模型即可。这就要求电流控制精度非常高，不然Ia、Ib所合成的矢量角将出现偏差，即各步步距角不等，细分也失去了意义。

步进电机的选择

步进电机有步距角(涉及到相数)、静转矩、及电流三大要素组成。一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。

1、步距角的选择

电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率(当量)换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度(包括减速)。电机的步距角应等于或小于此角度。目前市场上步进电机的步距角一般有0.36度/0.72度(五相电机)、0.9度/1.8度(二、四相电机)、1.5度/3度(三相电机) 等。

2、静力矩的选择

步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动时(一般由低速)时二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行进只要考虑摩擦负载。一般情况下，静力矩应为摩擦负载的2-3倍内好，静力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来(几何尺寸)

3、电流的选择

静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图，判断电机的电流。

4、力矩与功率换算

步进电机一般在较大范围内调速使用、其功率是变化的，一般只用力矩来衡量，力矩与功率换算如下：

p= ω·m

ω=2π·n/60

p=2πnm/60

其p为功率单位为瓦，ω为每秒角速度，单位为弧度，n为每分钟转速，m为力矩单位为牛顿·米

p=2πfm/400(半步工作)

其中f为每秒脉冲数(简称pps)

步进电机在应用中的注意点

1、步进电机应用于低速场合---每分钟转速不超过1000转，(0.9度时6666pps)，最好在1000-3000pps(0.9度)间使用，可通过减速装置使其在此间工作，此时电机工作效率高，噪音低。

2、步进电机最好不使用整步状态，整步状态时振动大。

3、由于历史原因，只有标称为12v电压的电机使用12v外，其他电机的电压值不是驱动电压伏值，可根据驱动器选择驱动电压(建议：57byg 采用直流24v-36v，86byg采用直流50v,110byg采用高于直流80v)，当然12伏的电压除12v恒压驱动外也可以采用其他驱动电源，不过要考虑温升。

4、转动惯量大的负载应选择大机座号电机。

5、电机在较高速或大惯量负载时，一般不在工作速度起动，而采用逐渐升频提速，一电机不失步，二可以减少噪音同时可以提高停止的定位精度。

6、高精度时，应通过机械减速、提高电机速度,或采用高细分数的驱动器来解决，也可以采用5相电机，不过其整个系统的价格较贵，生产厂家少，其被淘汰的说法是外行话。

7、电机不应在振动区内工作，如若必须可通过改变电压、电流或加一些阻尼的解决。

8、电机在600pps(0.9度)以下工作，应采用小电流、大电感、低电压来驱动。

9、应遵循先选电机后选驱动的原则。

步进电机调速注意特点

步进电机高速不能直接使用普通的交直流电源，需要专用的伺服控制器，应注意以下特点：

1、可以用数字信号直接进行开环控制，整个系统简单廉价，位移与输入脉冲信号数相对应，步距误差不长期积累，开环控制系统既简单又具有一定的精度; 在要求更高精度时，也可以采用闭环控制系统。

2、由于步进电机无刷，因此本体部件少，可靠性高。

3、易于起动，停止，正反转，速度响应性好;停止时一般有自锁能力。

4、步距角可在大范围内选择，在小步距情况下，能够在超低转速下高转距稳定运行，可以不经减速器直接驱动负载。

5、速度可在相当宽范围内平滑调节， 可以用一台控制器同时控制几台步进电机完全同步运行。

6、步进电机带惯性负载能力较差，由于存在失步和共振问题，步进电机的加减速方法在不同的应用状态下，情况较为复杂。

步进电机定位不准怎么办?

在调机过程中发现步进电机定位不准现象怎么办?一般由以下几方面原因引起：

1、 改变方向时丢脉冲，表现为往任何一个方向都准，但一改变方向就累计偏差，并且次数越多偏得越多;

2、 初速度太高，加速度太大，引起有时丢步;

3、 在用同步带的场合软件补偿太多或太少;

4、 马达力量不够;

5、 控制器受干扰引起误动作;

6、 驱动器受干扰引起;

7、 软件缺陷;

针对以上问题分析如下：

1)一般的步进驱动器对方向和脉冲信号都有一定的要求，如：方向信号在第一个脉冲上升沿或下降沿(不同的驱动器要求不一样)到来前数微秒被确定，否则会有一个脉冲所运转的角度与实际需要的转向相反，最后故障现象表现为越走越偏，细分越小越明显，解决办法主要用软件改变发脉冲的逻辑或加延时。

2)由于步进电机特点决定初速度不能太高，尤其带的负载惯量较大情况下,建议初速度在1r/s以下，这样冲击较小，同样加速度太大对系统冲击也大，容易过冲，导致定位不准;电机正转和反转之间应有一定的暂停时间,若没有就会因反向加速度太大引起过冲。

3)根据实际情况调整被偿参数值，(因为同步带弹性形变较大，所以改变方向时需加一定的补偿)。

4)适当地增大马达电流，提高驱动器电压(注意选配驱动器)，选扭矩大一些的马达。

5)系统的干扰引起控制器或驱动器的误动作，我们只能想办法找出干扰源，降低其干扰能力(如屏蔽，加大间隔距离等)，切断传播途径，提高自身的抗干扰能力，常见措施：