步进电机是一种将电脉冲信号转化为机械角位移或者线位移的控制电机,它能够在不涉及复杂反馈环路的情况下实现良好的定位精度,并由于具有价格低廉、易于控制、无积累误差等优点,在民用、工业用的经济型数控定位系统中获得了广泛的应用,具有较高的实用价值。

基于电机的运动控制技术作为自动化领域的关键部分,在国民经济当中起

着重要的作用。随着现代科学技术的进步,尤其是集成电路、电力电子器件、自动化控制理论等方面的进展,电机在其实际应用中已由过去简单地控制转动停止、以提供动力为目的应用上升到对速度、加速度、位移和转矩等进行精确控制阶段,以便使被驱动的机械运动准确符合预想的要求。

步进电机正好能够很好地符合这种需求,它是一种将数字脉冲信号转化为机械角位移或者线位移的数模转换控制电机。通常所说的步进电机一般是指机电一体化设备包括步进电机及其驱动器,当步进电机驱动器接受到一个脉冲之后就驱动步进电机转动一个固定的角度即步距角。步进电机不像其它电机那样连续旋转而是以一定的步距角一步一步做增量运动因此而得名。所以通过控制脉冲个数来控制步进电机转动的角位移,达到精确定位的目的同时也可以通过控制脉冲的频率来控制步进电机转动速度和加速度,达到调速的目的。除此之外步进电机还具有以下一些优点

1.无刷步进电机是无刷结构电机,与带有换向器和电刷等易损部件

的传统有刷电机相比而言可靠性更高

2.与负载无关不超载时步进电机能够按照设定的速度运行

3.动态响应快易于启动、停止和反转

4.保持转矩停止时能够自锁

5.无累积误差虽然步进电机每转动一步的角位移与标称的步距角具有一定的误差一,但是转动一周后累积的误差和为零。

6.步距角与环境无关步进电机的固有步距角是由本身构造决定的,与温度、电压、电流等使用环境无关。

7.易于控制只需控制脉冲的频率和个数,即可达到定位、调速目的。价格低廉步进电机相对于同样用于定位领域交、直流伺服电机而言具有较高的性价比。

正是由于这些优点,使得由步进电机及其驱动控制器构成的开环数控定位系统,既具有较高的控制精度,良好的控制性能,又能稳定可靠地工作。与同样应用于定位领域的交、直流伺服电机构成闭环伺服系统相比较而言,主要优势在于性价比高和驱动控制简单,但是性能上却具有以下明显的不足之处

1.低速转动时振动和噪声都比较大

2.输出力矩随着转动速度的升高而降低

3.启动频率不能太高,否则会堵转并伴随有呼啸声

4.速度突变较大时存在丢步和过冲现象

5.最高运动速度较低,且高速运转时输出力矩小。

6.开环控制,不能保证实际转动的角度与设想的完全一致。

虽然步进电机有这些缺点,但是并不影响其在经济型的数控装置上的使用,现在比较常用的步进电机主要有反应式步进电机、永磁式步进电机和混合式步进

电机。