步進電動機的控制

金曉明楊中華

（1．中國人民銀行南通市中心支行，江蘇 南通 226007；2．南通職業大學技師學院，江蘇 南通 226007）

步進電動機的控制

金曉明1楊中華2

（1．中國人民銀行南通市中心支行，江蘇 南通 226007；2．南通職業大學技師學院，江蘇 南通 226007）

本文闡述了步進電動機的工作原理；步進電動機的控制方式：數字電路、單片機及PLC的控制。

步進電動機；控制；方法

步進電動機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元件。在沒有超載的情況下，脈沖信號的頻率和脈沖數決定了步進電機的轉速、停止的位置，而與負載變化的沒有關系，即在給步進電動機加一個脈沖信號時，電機則轉過一個步距角。因此，步進電動機的控制是取決于脈沖信號的兩個參數：頻率和數量。步進控制一般采用的是開環控制，由于沒有實現轉速或者位置的反饋，因此，控制過程結構簡單、維護方便，因而應用領域非常廣泛，如：機械、冶金、電力、紡織、電信、電子、儀表、化工、輕工、辦公自動化設備、醫療、印刷以及航空航天、船舶、兵器、核工業等國防工業等領域。真可謂步進控制已經滲透到現代各個領域。

步進電動機的控制的基本方法有以下三種：數字電路控制、單片機控制及PLC的控制。

1 由數字電路組成的簡單步進電動機的控制

圖1為由數字電路產生脈沖并控制步進電機的原理圖。電路控制簡單，此控制電路由一個555定時器、2個74L74集成電路及外圍元件組成。如圖所示，每個74LS74集成電路中有2個D觸發器，由三個D觸發器產生了環形脈沖分配器，輸出信號經過VT1-VT6組成的3個復合三極管放大后驅動電動機的繞組，實現了脈沖的放大與分配。而脈沖的頻率的變化的控制，如圖所示，是由555定時器的第6和第7腳之間的10K可調電阻來調節，555定時器輸出的頻率為：其頻率為f=1.44/[（R1+2R2+RP）*C1],從而改變步進電動機的速度，用3個發光二極管顯示對應的繞組工作情況。和電動機繞組并聯的二極管為續流二極管。

2 步進電動機的單片機控制

在步進電動機的單片機控制中，控制信號主要由單片機產生，主要控制電動機的速度、轉向及換相的順序。步進電動機的換相也就是脈沖的分配。實現脈沖的分配的方法有兩種：軟件法和硬件法。

（1）實現脈沖的分配的軟件法

按照給定的換相順序，通過單片機的I/O口向驅動電路發出脈沖控制。如對五相步進電機的控制，利用8051系列單片機的P1.0～P1.4D的5條I/O線向五相步進電機傳送控制信號。P1口輸出的控制信號中，0代表繞組通電，1代表繞組斷電，則可用十個控制字來對應這十個通電狀態。在程序中，只要依次將這10個控制字送到P1口，步進電動機就會轉動一個齒距角。每送一個控制字，就完成一拍，步進電動機就轉過一個步距角。

軟件法在電動機運行過程中，要不停的產生控制脈沖，占用了大量的CPU空間和時間，所以人們更傾向于使用硬件法實現脈沖的分配。

（2）硬件法實現脈沖的分配

硬件法實際上是用脈沖分配器芯片，來實現通電換相的控制。常用的有三洋M8713，國產的5G8713，可以互換使用。8713是單極性控制，原來控制三相和四相步進電機，可以選擇三相和四相的不同工作方式。8713可以選擇單時鐘輸入或雙時鐘輸入；具有正反轉控制、初始化復位、工作方式和輸入脈沖狀態監視等功能。

（3）步進電機的速度控制

步進電動機的速度控制通過控制單片機發出的步進脈沖的頻率來實現，若需要調速，一般是通過定時器中斷的方法，在中斷子程序中，進行脈沖輸出操作，調整定時器定時常數來實現調速。

3 步進通過單片機與脈沖分配器的完美結合，實現了步進電動機的脈沖分配、轉向控制及速度的控制。

隨著科學技術的發展，在九十年代末，在生產中逐步運用的可編程的控制，而步進電動機的控制在數控技術中尤為突出。使得加工參數更加精確，在其他領域，也凸顯了步進控制的準確性。

圖1 步進電機的數字電路控制原理圖

圖2 三菱PLCFX2N-48CDT與步科2M530步進電機驅動器連接圖

下面用PLC對步進電動機的控制方法進行介紹：

（1）步進電動機不能直接和PLC連接，中間需要經過控制器，才能實現對步進的控制,如圖2所示。

（2）通過控制器，可以根據需要，調節細分值及輸出相電流。通過細分設置開關，可以實現細分值由2～256的變化。根據電動機的功率，通過波段開關的狀態，實現輸出電流的變化。

脈沖輸出指令：

步進電動機的控制方式靈活，可以根據實際選擇合適的控制。PLC對步進的控制雖然增加了程序控制器及控制器，但是越來越被用戶所接收。

[1]程樹康,劉寶廷．步進電動機及其驅動控制系統[M]．哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社．

TM383

：A