西门子6ES7215-1BG40-0XB0技术参数

是将电脉冲信号转变为角位移的执行元件，电机绕组每接受一个脉冲，转子转过相应的角度（即步距角），低频率运行时，明显可见电机轴是一步一步转动的，故称为步进。

以反应式步进电机为例说明工作原理：反应式步进电机利用定子绕组通电励磁，产生反应磁阻转矩实现转动。

如图示，定子有三对磁极 a-a，b-b，c-c，若转子有40个齿，则转子的齿距角为：。定子每相磁极有5个齿，其齿距宽度与转子一样，则相邻两个齿的夹角必定是9°。

三相反应式步进电机的三种运行方式：

单三拍时：a—b—c,—a—b—c…

双三拍时：

ab—bc—ca—ab—bc—ca…

单双拍（即六拍）时：

a—ab—b—bc—c—ca,--a—ab—b—bc—c—ca …

步进电机的种类：

按励磁相数分：有三相、四相、五相等步进电机

按运转方式分：有旋转式步进电机和直线式步进电机

按转子结构分为三种：反应式，永磁式，混合式

步进电机的运行特性：

1、距角特性：单相通入额定通电时，其静转矩与失调角的关系：

2、启动转矩：相邻两通电状态时，矩角特性交点的静转矩，反映了电机的承载能力：

3、矩频特性：步进电机运行时，输出转矩与输入脉冲频率的关系。

伺服系统是典型的开环控制系统，指令信号是单向流动的。开环系统没有位置和速度反馈回路，省去了检测装置，其精度主要由步进电机来决定，速度也受到步进电机性能的限制，系统简单可靠，不需要像闭环伺服系统那样进行复杂的设计计算与试验验证。

步进开环伺服系统由于具有结构简单、使用维护方便、可靠性高、制造成本低等一系列优点，在中小型机床和速度、精度要求不十分高的场合，得到了广泛的应用。

1．步进电动机的种类和结构

步进电动机的分类方式很多，根据不同的分类方式，可将步进电动机分为多种类型，如表1所示。

步进电机在结构上分为定子和转子两部分，现以图2所示的反应式三相步进电机为例加以说明。定子上有六个磁极，每个磁极上绕有励磁绕组，每相对的两个磁极组成一相，分成a、b、c三相。在定子的每个磁极上开了5个小齿，齿宽相等，齿间夹角是9°。转子无绕组，它是由带齿的铁心做成的。有均匀分布的40个小齿，齿间夹角也是9°。此外，定子磁极上的小齿在空间位置上依次错开1/3齿距。

图2 步进电机结构原理图

2．步进电动机的工作原理

步进电机是按电磁吸引的原理工作，现以反应式步进电机为例说明其工作原理。反应式步进电机的定子上有磁极，每个磁极上有激磁绕组，转子无绕组，有周向均布的齿，依靠磁极对齿的吸合工作。如图3所示为三相步进电机，定子上有三对磁极，分成a、b、c三相。

一、的开环控制

1、步进电机的硬件控制

1）脉冲分配器

当方向电平为低时，脉冲分配器的输出按a-b-c的顺序循环产生脉冲。

当方向电平为高时，脉冲分配器的输出按a-c-b的顺序循环产生脉冲。

2）、加、减速控制：

3）.功率放大器

将脉冲分配器的输出信号进行电流放大后给的定子绕组供电，使电动机的转子产生输出转矩。

2.步进电机的微机控制：

目前，伺服系统的数字控制大都是采用硬件与软件相结合的控制方式，其中软件控制方式一般是利用微机实现的。这是因为基于微机实现的数字伺服控制器与模拟伺服控制器相比，具有下列优点：

（1）能明显地降低控制器硬件成本。速度更快、功能更新的新一代微处理机不断涌现，硬件费用会变得很便宜。体积小、重量轻、耗能少是它们的共同优点。

（2）可显著改善控制的可靠性。和大规模集成电路的平均无故障时（mtbf）大大长于分立元件电路。

（3）数字电路温度漂移小，也不存在参数的影响，稳定性好。

（4）硬件电路易标准化。在电路集成过程中采用了一些屏蔽措施，可以避免电子电路中过大的瞬态电流、电压引起的电磁干扰问题，因此可靠性比较高。

（5）采用微处理机的数字控制，使信息的双向传递能力大大增强，容易和上位系统机联运，可随时改变控制参数。

（6）可以设计适合于众多电力电子系统的统一硬件电路，其中软件可以模块化设计，拼装构成适用于各种应用对象的控制算法；以满足不同的用途。软件模块可以方便地增加、更改、删减，或者当实际系统变化时彻底更新。

（7）提高了信息存贮、监控、诊断以及分级控制的能力,使伺服系统更趋于智能化。

（8）随着微机芯片运算速度和存贮器容量的不断提高，性能优异但算法复杂的控制策略有了实现的基础。

二、步进电机的闭环控制