金晓明杨中华

（1．中国人民银行南通市中心支行，江苏 南通 226007；2．南通职业大学技师学院，江苏 南通 226007）

步进电动机的控制

金晓明1杨中华2

（1．中国人民银行南通市中心支行，江苏 南通 226007；2．南通职业大学技师学院，江苏 南通 226007）

本文阐述了步进电动机的工作原理；步进电动机的控制方式：数字电路、单片机及PLC的控制。

步进电动机；控制；方法

步进电动机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在没有超载的情况下，脉冲信号的频率和脉冲数决定了步进电机的转速、停止的位置，而与负载变化的没有关系，即在给步进电动机加一个脉冲信号时，电机则转过一个步距角。因此，步进电动机的控制是取决于脉冲信号的两个参数：频率和数量。步进控制一般采用的是开环控制，由于没有实现转速或者位置的反馈，因此，控制过程结构简单、维护方便，因而应用领域非常广泛，如：机械、冶金、电力、纺织、电信、电子、仪表、化工、轻工、办公自动化设备、医疗、印刷以及航空航天、船舶、兵器、核工业等国防工业等领域。真可谓步进控制已经渗透到现代各个领域。

步进电动机的控制的基本方法有以下三种：数字电路控制、单片机控制及PLC的控制。

1 由数字电路组成的简单步进电动机的控制

图1为由数字电路产生脉冲并控制步进电机的原理图。电路控制简单，此控制电路由一个555定时器、2个74L74集成电路及外围元件组成。如图所示，每个74LS74集成电路中有2个D触发器，由三个D触发器产生了环形脉冲分配器，输出信号经过VT1-VT6组成的3个复合三极管放大后驱动电动机的绕组，实现了脉冲的放大与分配。而脉冲的频率的变化的控制，如图所示，是由555定时器的第6和第7脚之间的10K可调电阻来调节，555定时器输出的频率为：其频率为f=1.44/[（R1+2R2+RP）*C1],从而改变步进电动机的速度，用3个发光二极管显示对应的绕组工作情况。和电动机绕组并联的二极管为续流二极管。

2 步进电动机的单片机控制

在步进电动机的单片机控制中，控制信号主要由单片机产生，主要控制电动机的速度、转向及换相的顺序。步进电动机的换相也就是脉冲的分配。实现脉冲的分配的方法有两种：软件法和硬件法。

（1）实现脉冲的分配的软件法

按照给定的换相顺序，通过单片机的I/O口向驱动电路发出脉冲控制。如对五相步进电机的控制，利用8051系列单片机的P1.0～P1.4D的5条I/O线向五相步进电机传送控制信号。P1口输出的控制信号中，0代表绕组通电，1代表绕组断电，则可用十个控制字来对应这十个通电状态。在程序中，只要依次将这10个控制字送到P1口，步进电动机就会转动一个齿距角。每送一个控制字，就完成一拍，步进电动机就转过一个步距角。

软件法在电动机运行过程中，要不停的产生控制脉冲，占用了大量的CPU空间和时间，所以人们更倾向于使用硬件法实现脉冲的分配。

（2）硬件法实现脉冲的分配

硬件法实际上是用脉冲分配器芯片，来实现通电换相的控制。常用的有三洋M8713，国产的5G8713，可以互换使用。8713是单极性控制，原来控制三相和四相步进电机，可以选择三相和四相的不同工作方式。8713可以选择单时钟输入或双时钟输入；具有正反转控制、初始化复位、工作方式和输入脉冲状态监视等功能。

（3）步进电机的速度控制

步进电动机的速度控制通过控制单片机发出的步进脉冲的频率来实现，若需要调速，一般是通过定时器中断的方法，在中断子程序中，进行脉冲输出操作，调整定时器定时常数来实现调速。

3 步进通过单片机与脉冲分配器的完美结合，实现了步进电动机的脉冲分配、转向控制及速度的控制。

随着科学技术的发展，在九十年代末，在生产中逐步运用的可编程的控制，而步进电动机的控制在数控技术中尤为突出。使得加工参数更加精确，在其他领域，也凸显了步进控制的准确性。

图1 步进电机的数字电路控制原理图

图2 三菱PLCFX2N-48CDT与步科2M530步进电机驱动器连接图

下面用PLC对步进电动机的控制方法进行介绍：

（1）步进电动机不能直接和PLC连接，中间需要经过控制器，才能实现对步进的控制,如图2所示。

（2）通过控制器，可以根据需要，调节细分值及输出相电流。通过细分设置开关，可以实现细分值由2～256的变化。根据电动机的功率，通过波段开关的状态，实现输出电流的变化。

脉冲输出指令：

步进电动机的控制方式灵活，可以根据实际选择合适的控制。PLC对步进的控制虽然增加了程序控制器及控制器，但是越来越被用户所接收。

[1]程树康,刘宝廷．步进电动机及其驱动控制系统[M]．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社．

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