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步进马达基础知识 PRESENTER: XUEJUN_CHEN 2002-06-27 步進電动机是把脈沖轉變为机械轉动，它的主要優點是改變輸入脈沖的数目就能控制步進電动机的轉子机械位移的大小；改變輸入脈沖的通電相序就能控制步進電动机的轉子机械位移的方向；改變輸入脈波数的頻率就能控制步進電动机的轉速. 一 步進電动机的結构: 依据結构步進電动机可分为三類: 可變磁阻式 (Variable Reluctant) ： 轉子上無永久磁極，但必須有齒．定子磁极上的小齒距和轉子齒距必須相等． 混合式(Hybrid Type)：轉子上必須有齒，且每一齒皆pp為永久磁極. 永磁式(Permanent Type)：轉子由永久磁鐵構成. 特點：使用積層鐵芯型或爪極型定子構造. ?原理：利用電磁吸引磁石轉子而旋轉 ?定子：沿轴向分为完全相同的两段,两段间相互错开一个步距角.每段定子由机壳,端盖和定子绕组组成. 机壳和端盖都由薄钢板精密冲制,内环沿圆周冲有一些爪极磁极片,起机械支撑,导磁和定子磁极的作用. 二.步進電動机的特性: 角度──轉矩特性： ?定義─在一相加上額定電流，由外部測定轉矩對角度的關係。 激磁最大靜止轉矩(Holding Torque)：马达以定格电流激磁，在马达出力轴由外部增加负荷，为了适应外力负荷加入所产生的角度变位，会产生与外部负荷对立的力矩,像这样所产生的最大力矩，称为保持力矩。外部负荷若在此值以下的情形，当负荷消除时，转子将恢复原来的那个位置。 無激磁保持轉矩(Detent Torque)：在定子無激磁狀態下的保持轉矩。 2 步進角度誤差： 以脈波信號使轉子轉動，轉子每一步的轉動角度與步進角(step angle)的誤差，取最大值，稱為步進角度誤差。 3。静止角度误差： ?以轉子的任意停止位置為起點，將轉子旋轉一圈，轉子理論上應停止位置與實際停止位置之偏差。 4速度——转矩特性： Pull-in torque:(start-stop torque)设定在一定脉波速度，马达驱动时所产生的转矩。 Pull-out torque:在脉波速度下能正常运转产生的最大转矩。 自起动领域（啟動─靜止區域）： 在此區域，馬達可以任意起動、停止及改變轉向而不失步，即能與外部信號同步運轉。 运转领域： –在此區域，馬達不能任意停止、起動及改變轉向，若欲在此區工作馬達必須先在自起动领域以低速高轉矩運轉以克服靜摩擦，再加速轉入运转领域。 同理，欲停止或換向時， 亦須先作減速以回到動止區，再進行停止或換向。 最大自起动周波数–步進馬達能與外部信號同步運轉時之最大脉波速度。（此時步進馬達為無載） 最大響應頻率 –步進馬達工作在滑動區時之最大脉波速度。 最大啟動轉矩–在10pps時之最大啟動轉矩。 Pull-in curve 和pull-out curve 的应用： 控制回路没有加速度和负荷是摩擦力矩时，使用pull-in 曲线。 当负荷是惯性惯量和有加速度时，使用pull-out 曲线。 步进马达的选择 步级角的确定： 马达的步级角是由机械的分辨率确定。 在PRINTER 机构中，fee droll 分辨率与fee droll　直径及传动比，步级角有一个方程式： ２５。４／Ｎ＝πＤ／ＧＲ＊３６０／θ D 是fee droll的直径。（ｍｍ） Ｎ是打印分辨率。 θ是马达的步级角。 ＧＲ是传动系统的减速比。 在sapphire，QBC 的规格中： 300*600 resolution in monochrome and color in quick print mode. Then our mechanical resolution target=600dpi 那么当ＧＲ＝７０／１４＊２６／１４＝９.28571 D=12.018mm 时，θ＝3.75 degree. 实际上，我们选择θ＝7.5degree. 激磁方式:二相步進馬達 ?一相激磁（全步） ?二相激磁（全步） ?一二相激磁（半步） 一相激磁與兩相激磁: 一二相激磁: 一二相激磁步進角為原來1/2. 另外要了解步进马达的驱动方式： 定电压 定电流 逆向脈波驅動 微步进 相對而言，定壓驅動結构簡單，但不适于高速轉動，定流驅動結构复雜，但适于高速轉動，逆向脈波驅動用于改善電動机停止時的震動特性，微步驅動理論上可以得到1/4、1/8、1/12甚至還小的步級驅動． ?微步进原理─在相鄰的兩激磁相流入任意的電流。 并且微步进角等于全步进角除以分割数。 那么，我们选择的DRIVE METHOD : 1/4 MICROSTEP W1-2 phase excitation. 必要转矩的计算： Gear ratio 的确定： 在QBC机种： 从马达到Feedroll gear ratio=17 从马达