反应式步进电动机特点(反应式步进电动机与混合

1. 反应式步进电动机与混合式步进电动机相比其优点是什么

步进电机驱动器的三种基本驱动模式

步进电机驱动器

有三种基本的步进电机驱动模式：整步、半步、细分。其主要区别在于电机线圈电流的控制精度(即激磁方式)。

　　整步驱动

　　在整步运行中，同一种步进电机既可配整/半步驱动器也可配细分驱动器，但运行效果不同。步进电机驱动器按脉冲/方向指令对两相步进电机的两个线圈循环激磁(即将线圈充电设定电流)，这种驱动方式的每个脉冲将使电机移动一个基本步距角，即1.80度 (标准两相电机的一圈共有200个步距角)。

　　半步驱动

　　在单相激磁时，电机转轴停至整步位置上，驱动器收到下一脉冲后，如给另一相激磁且保持原来相继处在激磁状态，则电机转轴将移动半个步距角，停在相邻两个整步位置的中间。如此循环地对两相线圈进行单相然后双相激磁步进电机将以每个脉冲0.90度的半步方式转动。山社电机供应的所有的整/半步驱动器都可以执行整步和半步驱动，由驱动器拨码开关的拨位进行选择。和整步方式相比，半步方式具有精度高一倍和低速运行时振动较小的优点，所以实际使用整/半步驱动器时一般选用半步模式。

　　细分驱动

　　细分驱动模式具有低速振动极小和定位精度高两大优点。对于有时需要低速运行(即电机转轴有时工作在60rpm以下)或定位精度要求小于0.90度的步进应用中，细分型步进电机驱动器获得广泛应用。其基本原理是对电机的两个线圈分别按正弦和余弦形的台阶进行精密电流控制，从而使得一个步距角的距离分成若干个细分步完成。例如十六细分的驱动方式可使每圈200标准步的步进电机达到每圈200*16=3200步的运行精度(即0.1125°)。

总的来说：在整步运行状态下,每输入一个脉冲,电机轴的角位移是一个步矩角,在半步运行状态下,每输入一个脉冲,电机轴的角位移是半个步矩角。步进电机

最好不使用整步状态，整步状态时振动大。

2. 混合式步进电机的特点

永磁的步进电机已经淘汰。电机内部有磁铁的是永磁的，随着时间的推移，它会慢慢的消磁。生产成本低，结构简单。 混合的就不同，它也有部分磁性。通电时它会产生部分磁性。寿命长。

3. 步进电动机的特点有

无需编码器等反馈器件即可实现转速与转角（即位置）的控制（即开环控制），这是步进电机最大的特点。脉冲的频率决定电机的转速，而脉冲的个数决定电机的转角。同比直流伺服系统，步进电机具如下优势：

1、锁定位置时，电机不再耗电：步进电机特有的“静转矩”（又称“保持转矩”、“定位转矩”等），当电机停在某位置时，具有一定的锁定转矩。直流电机虽然也可通过驱动器锁定位置，但锁定时电机依然耗电；

2、体积小、寿命长：步进电机的寿命通常取决于轴承寿命，可达上万至数万小时，与等同尺寸的直流电机相比，步进电机的输出转矩更大。

3、成本低廉、驱动简单：由于是开环控制，省却了编码器等反馈器件，所以既简化了系统组成，又能有效降低成本。

但步进电机的旋转是一个高速重复的“启—停—启—停”过程，所以转动平滑性不如直流电机。步进电机还有一个谐振频率，当电机在某转速区间工作时，驱动的脉冲可能产生谐振而让电机抖动。另外，一旦发生某一脉冲未能驱动电机（俗称“丢步”，可能因干扰信号等而出现）时，开环系统无法检测和补偿。该问题虽然可以通过加装编码器等来解决，但这将导致成本上升，并且需要更复杂的驱动电路。

4. 混合式步进电动机又分为

步进电机的控制策略：

1、PID控制

PID控制作为一种简单而实用的控制方法,在步进电机驱动中获得了广泛的应用。它根据给定值r(t)与实际输出值c(t)构成控制偏差e(t),将偏差的比例、积分和微分通过线性组合构成控制量,对被控对象进行控制。文献将集成位置传感器用于二相混合式步进电机中,以位置检测器和矢量控制为基础,设计出了一个可自动调节的PI速度控制器,此控制器在变工况的条件下能提供令人满意的瞬态特性。文献根据步进电机的数学模型,设计了步进电机的PID控制系统,采用PID控制算法得到控制量,从而控制电机向指定位置运动。最后,通过仿真验证了该控制具有较好的动态响应特性。采用PID控制器具有结构简单、鲁棒性强、可靠性高等优点,但是它无法有效应对系统中的不确定信息。

目前,PID控制更多的是与其他控制策略相结合,形成带有智能的新型复合控制。这种智能复合型控制具有自学习、自适应、自组织的能力,能够自动辨识被控过程参数,自动整定控制参数,适应被控过程参数的变化,同时又具有常规PID控制器的特点。

2、自适应控制

自适应控制是在20世纪50年代发展起来的自动控制领域的一个分支。它是随着控制对象的复杂化,当动态特性不可知或发生不可预测的变化时,为得到高性能的控制器而产生的。其主要优点是容易实现和自适应速度快,能有效地克服电机模型参数的缓慢变化所引起的影响,是输出信号跟踪参考信号。文献研究者根据步进电机的线性或近似线性模型推导出了全局稳定的自适应控制算法,这些控制算法都严重依赖于电机模型参数。文献将闭环反馈控制与自适应控制结合来检测转子的位置和速度,通过反馈和自适应处理,按照优化的升降运行曲线,自动地发出驱动的脉冲串,提高了电机的拖动力矩特性,同时使电机获得更精确的位置控制和较高较平稳的转速。

目前,很多学者将自适应控制与其他控制方法相结合,以解决单纯自适应控制的不足。文献设计的鲁棒自适应低速伺服控制器,确保了转动脉矩的最大化补偿及伺服系统低速高精度的跟踪控制性能。文献实现的自适应模糊PID控制器可以根据输入误差和误差变化率的变化,通过模糊推理在线调整PID参数,实现对步进电机的自适应控制,从而有效地提高系统的响应时间、计算精度和抗干扰性。

3、矢量控制

矢量控制是现代电机高性能控制的理论基础,可以改善电机的转矩控制性能。它通过磁场定向将定子电流分为励磁分量和转矩分量分别加以控制,从而获得良好的解耦特性,因此,矢量控制既需要控制定子电流的幅值,又需要控制电流的相位。由于步进电机不仅存在主电磁转矩,还有由于双凸结构产生的磁阻转矩,且内部磁场结构复杂,非线性较一般电机严重得多,所以它的矢量控制也较为复杂。文献[8]推导出了二相混合式步进电机d-q轴数学模型,以转子永磁磁链为定向坐标系,令直轴电流id=0,电动机电磁转矩与iq成正比,用PC机实现了矢量控制系统。系统中使用传感器检测电机的绕组电流和转自位置,用PWM方式控制电机绕组电流。文献推导出基于磁网络的二相混合式步进电机模型,给出了其矢量控制位置伺服系统的结构,采用神经网络模型参考自适应控制策略对系统中的不确定因素进行实时补偿,通过最大转矩/电流矢量控制实现电机的高效控制。

4、智能控制的应用

智能控制不依赖或不完全依赖控制对象的数学模型,只按实际效果进行控制,在控制中有能力考虑系统的不确定性和精确性,突破了传统控制必须基于数学模型的框架。目前,智能控制在步进电机系统中应用较为成熟的是模糊逻辑控制、神经网络和智能控制的集成。

4.1模糊控制

模糊控制就是在被控制对象的模糊模型的基础上,运用模糊控制器的近似推理等手段,实现系统控制的方法。作为一种直接模拟人类思维结果的控制方式,模糊控制已广泛应用于工业控制领域。与常规控制相比,模糊控制无须精确的数学模型,具有较强的鲁棒性、自适应性,因此适用于非线性、时变、时滞系统的控制。文献[16]给出了模糊控制在二相混合式步进电机速度控制中应用实例。系统为超前角控制,设计无需数学模型,速度响应时间短。

4.2神经网络控制

神经网络是利用大量的神经元按一定的拓扑结构和学习调整的方法。它可以充分逼近任意复杂的非线性系统,能够学习和自适应未知或不确定的系统,具有很强的鲁棒性和容错性,因而在步进电机系统中得到了广泛的应用。文献将神经网络用于实现步进电机最佳细分电流,在学习中使用Bayes正则化算法,使用权值调整技术避免多层前向神经网络陷入局部极小点,有效解决了等步距角细分问题。

5. 三相反应式步进电动机为何称之为反应式步进电动机

六根线,如果是两相电机,应该是单极性的接法:黑白线为中心抽头，不用接；其他四根线，一般情况下是相邻的为一个组，也可以用万用表测量电阻，分出两个组A+ ---|---AA- ---B+ ---|---BB- ---给A或者B加高电压,A+,A-,B+,B-轮流置低,就可以工作了。

一、什么是步进电机？在何种情况下该使用步进电机?

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。

您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达调速的目的。因此在需要准确定位或调速控制时均可考虑使用步进电机。

二、步进电机分哪几种？有什么区别？

步进电机分三种：永磁式（PM），反应式（VR）和混合式（HB）

永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；

反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰。

混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相四相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。

三、什么是保持转矩(HOLDING TORQUE）？

保持转矩（HOLDING　TORQUE)是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。保持转矩越大则电机带负载能力越强。

由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机重要的参数之一。比如，当人们说2N.m的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N.m的步进电机。

四、步进电机的驱动方式有几种？

一般来说，步进电机有恒压，恒流驱动两种，恒压驱动已近淘汰，目前普遍使用恒流驱动。

五、步进电机精度为多少？是否累积？

一般步进电机的精度为步进角的3-5%。步进电机单步的偏差并不会影响到下一步的精度因此步进电机精度不累积。

六、步进电机的外表温度允许达到多少？

步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降甚至于丢失。因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材

6. 混合步进电机与步进电机的区别

步进电机分三种：永磁式（PM） ，反应式（VR）和混合式（HB）。反应式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 或1.5度；永磁式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相、三相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度，混合式步进电机随着相数（通电绕组数）的增加，步进角减小，精度提高，这种步进电机的应用最为广泛

7. 反应式步进电机与混合式步进电机相比,其优点是

步进电机分三种：永磁式（PM） ，反应式（VR）和混合式（HB）。 反应式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 或1.5度；永磁式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相、三相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度，混合式步进电机随着相数（通电绕组数）的增加，步进角减小，精度提高，这种步进电机的应用最为广泛。

8. 反应式步进电机和混合式步进电机

混合伺服电机的本质是步进电机，无论是力矩、转速、精度及电机原理方面都与交直流伺服有很大的差异；

混合伺服电机是在原步进电机基础上增加编码器反馈模块，通过上位驱动器/控制器来确定电机是否按照设定的要求旋转；

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