52单片机步进电机控制系统设计仿真+电路图+源程序(2)
1. 步进电机和驱动系统的简介
1.1 步进电机的介绍
步进电机又称为脉冲电机，是数字控制系统中的一种执行元件，其功能是将脉冲电信号变换为相应的角位移或线位移且输入转角转速与输入脉冲个数有着严格的同步关系[1]。步进电机的分类是很多的，从广义这一方面来说，步进电机的类型分为组合式电磁式、机械式三大类。步进电机按它的相数分类则可以分为单相、两相和多相三种。其中电磁式步进电机按结构特点可分为混合式、永磁式和反应式三类；目前在我国使用最为广泛的步进电机为永磁式和混合式。(1)混合式步进电机：混合式步进电机综合了反应式步进电机和永磁式步进电机两者的优点。混合式与传统的永磁式相比，结构上转子另外加有永磁体，以提供永磁材料的工作点，就可以运行。因此混合式电机电流小，发热低，效率高。(2)永磁式步进电机：永磁式步进电机的转子是用永磁材料制成的，转子本身就是有磁性的。这类步进电机转子的极数和定子的极数是一样的，所以一般这类步进电机的步距角比较大。因此它输出转矩大，所以它的动态性能比较好，功率消耗比较小，但是这类步进电机的运行频率较低，还需要正负脉冲对其供电；(3)反应式步进电机：反应式步进电机的转子是由软磁材料制成的，转子中没有绕组。反应式步进电机的结构简单，成本低，步距角可以做得特别小，但这类电机的动态性能比较差。
步进电机的一些特点：
（1）一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。
（2）步进电机外表允许的最高温度。步进电 机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。
（3）步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。
（4）步进电机低速时可以正常运转，但若高于一定速度就无法启动，并伴有啸叫声。
步进电机是一种变磁阻式，将电脉冲转化为角位移的执行机构。 它的结构简单、工作可靠，能将数字的电脉冲输入直接转换为模拟的输出轴运动。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，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。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，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差的特点，广泛应用于各种开环控制。 现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机、永磁式步进电机、永磁感应式步进电机。步进电机的优点是结构简单，使用文修方便，制造成本低，没有累积误差，步进电动机带动负载惯量的能力比较大，这类电机适用于小型机床和精度要求不高的地方，它的缺点是效率较低，发热大。
1.2 步进电机的驱动系统简介
步进电机的驱动主要有单电压驱动和高电压驱动。单电压驱动是通过改变原有电路中的时间常数来提高步进电机的高频性能。单电压驱动的优点是成本低，结构简单；单电压驱动的缺点是因为在串接电阻器的同时，将产生大量的热，能量损耗很大，尤其是在高电压工作时损耗更加严重，所以它只适用于小功率的步进电机驱动。高电压驱动是指不管电机的工作频率是多少，用高电压供电来提高电机电流的上升沿斜率，采用低电压来文持绕组的电流。这种驱动方式目前在实际应用中还比较常见，这种驱动方式的优点是稳定性高，灵活性高。