中心議題：

• 步進電機的速度特性
• 步進電機控製係統結構
• 步進電機控製數學模型

解決方案：

• 細分驅動電源，提高步進精度和定位精度
• 采用8253定時器產生脈衝方波

步進電機區別於其他控製用途電機的最大特點是，它可接受數字控製信號（電脈衝信號）並轉化成與之相對應的角位移或直線位移

，因而本身就是一個完成數字模擬轉化的執行元件。
　　
erqietanengjinxingkaihuanweizhikongzhi，shuruyigemaichongxinhaojiudedaoyigeguidingdeweizhizengliang。zheyangdezengliangweizhikongzhixitongyuchuantongdezhiliusifuxitongxiangbi，qichengbenmingxianjiangdi，jihububijinxingxitongtiaozheng。yinci，bujindianjiguangfanyingyongyushukongjichuang、機器人、遙控、航天等領域，特別是微型計算機和微電子技術的發展

，使步進電機獲得更為廣泛的應用。
　　
步進電機的速度特性
　　
步進電機的轉速取決於脈衝頻率、zhuanzichishuhepaishu。qijiaosuduyumaichongpinlvchengzhengbi，erqiezaishijianshangyumaichongtongbu。yinerzaizhuanzichishuheyunxingpaishuyidingdeqingkuangxia
，zhiyaokongzhimaichongpinlvjikehuodesuoxusudu。youyubujindianjishijiezhutadetongbuzhuanjuerqidongde，weilebufashengshibu
，qidongpinlvshibugaode。tebieshisuizhegonglvdezengjia
，zhuanzizhijingzengda，guanliangzengda，qidongpinlvhezuigaoyunxingpinlvkenengxiangcha10倍之多。
　　
為wei了le充chong分fen發fa揮hui電dian機ji的de快kuai速su性xing能neng，通tong常chang使shi電dian機ji在zai低di於yu啟qi動dong頻pin率lv下xia啟qi動dong，然ran後hou逐zhu步bu增zeng加jia脈mai衝chong頻pin率lv直zhi到dao所suo希xi望wang的de速su度du

，所suo選xuan擇ze的de變bian化hua速su率lv要yao保bao證zheng電dian機ji不bu發fa生sheng失shi步bu，並bing盡jin量liang縮suo短duan啟qi動dong加jia速su時shi間jian。為wei了le保bao證zheng電dian機ji的de定ding位wei精jing度du

，在zai停ting止zhi以yi前qian必bi須xu使shi電dian機ji從cong最zui高gao速su度du逐zhu步bu減jian小xiao脈mai衝chong率lv降jiang到dao能neng夠gou停ting止zhi的de速su度du（等於或稍大於啟動速度）。因此，步進電機拖動負載高速移動一定距離並精確定位時
，一般來說都應包括“啟動－加速－高速運行（勻速）－減速－停止”五個階段
，速度特性通常為梯形，如果移動的距離很短則為三角形速度特性

，如圖１所示。


圖1步進電機的速度曲線
　　
步進電機控製係統結構
　　
PC機在適當的時刻通過對硬件控製電路上的8253計數器0賦初值
，設置好加減速過程的頻率變化（即速度、加速度變化）
，以(yi)防(fang)止(zhi)失(shi)步(bu)。例(li)如(ru)
，在(zai)點(dian)位(wei)控(kong)製(zhi)中(zhong)設(she)置(zhi)好(hao)速(su)度(du)曲(qu)線(xian)圖(tu)，在(zai)起(qi)動(dong)和(he)升(sheng)速(su)時(shi)，使(shi)步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)產(chan)生(sheng)足(zu)夠(gou)的(de)轉(zhuan)矩(ju)驅(qu)動(dong)負(fu)載(zai)，跟(gen)上(shang)規(gui)定(ding)的(de)速(su)度(du)和(he)加(jia)速(su)度(du)
；在減速時，下降特性使負載不產生過衝
，停止在規定的位置。硬件控製電路板上的8253chanshengmaichongfangbozuoweizhongduanxinhaoyuan，qidongxifenqudongdianluzhongdeguhuachengxuyichanshengyidingpinlvdemaichong，jinggonglvfangdahouqudongbujindianjiyundong。bujindianjiyundongfangxiangdegaibianjiqidonghetingzhijunyoujisuanjikongzhiyingjiankongzhidianlushixian。


圖2步進電機控製係統
　　
軟件和硬件結合起來一起進行控製，具有電路簡單
、控kong製zhi方fang便bian等deng優you點dian。在zai這zhe種zhong控kong製zhi中zhong，微wei機ji軟ruan件jian占zhan用yong的de存cun儲chu單dan元yuan少shao，程cheng序xu開kai發fa不bu受shou定ding時shi限xian製zhi。隻zhi要yao外wai部bu中zhong斷duan允yun許xu，微wei機ji就jiu能neng在zai電dian機ji的de每mei一yi步bu之zhi間jian自zi由you地di執zhi行xing其qi他ta任ren務wu，以yi實shi現xian多duo台tai步bu進jin電dian機ji的de運yun動dong控kong製zhi。
　　
定時器初值的確定
　　
步進電機的實時控製運用PC機
，脈衝方波的產生采用8253定時器，其計數器0工作於方式0以產生脈衝方波，計數器1工作於方式1起記數作用，8253計數器0的鍾頻由2MHz晶振提供。設計算機賦給8253計數器0的初值為D1，則產生的脈衝方波頻率為f1=f0/D1，周期為T1=1/f1=D1/f0，D1=f0T1=f0/f1。其中
，f1為啟動頻率，f0為晶振頻率。
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步進電機升降速數學模型
　　
為使步進電機在運行中不出現失步現象，一般要求其最高運行頻率應小於（或等於）步進響應頻率fs。在該頻率下，步進電機可以任意啟動、停止或反轉而不發生失步現象。步進電機升降速有兩種驅動方式，即三角形與梯形驅動方式（見圖1），ersanjiaoxingqudongfangshishitixingqudongdeteli，yinerwomenzhiyaoyanjiutixingfangshi。dianjidejiasuhejiansushitongguojisuanjibuduandixiugaidingshiqichuzhilaishixiande。

在電機加速階段
，從啟動瞬時開始，每產生一個脈衝，定時器初值減小某一定值
，則相應的脈衝周期減小，即脈衝頻率增加；zaijiansujieduan，dingshiqichuzhibuduanzengjia，zexiangyingdemaichongzhouqizengda，maichongpinlvjianxiao，duiyingtixingmaichongpinlvtexingdejiansujieduan。gaishejideguanjianshiquedingmaichongdingshitn，脈衝時間間隔即脈衝周期Tn和脈衝頻率fn。假設從啟動瞬時開始計算脈衝數，加速階段的脈衝數為n
，並設啟動瞬時為計時起點，定時器初值為D1
，定時器初值的減量為△。從加速階段的物理過程可知，第一個脈衝周期，即啟動時的脈衝周期T1=D1/f0
，t1=0。由於定時器初值的修改，第2個脈衝周期T2=(D1-△)/f0=T1-△/f0，脈衝定時t2=T1，則第n個脈衝的周期為：
　　Tn=T1-(n-1)△/f0（1）
　　
脈衝定時為：
   (2)
脈衝頻率為：
　　1/fn=Tn=T1-(n-1)△/f0（3）
　　
上式分別顯示了脈衝數n與脈衝頻率fn和時間tn的關係。令△/f0=δ，即加速階段相鄰兩脈衝周期的減量，則上述公式簡化為：
　　tn=(n-1)T1-(n-2)(n-1)δ/2(4)
　　1/fn=T1-(n-1)δ (5)
　　
聯立（4）、（5），並簡化fn與tn的關係，得出加速階段的數學模型為：

      (6)
其中
，是常數
，其值與定時器初值及定時器變化量有關，A=-δ,B=(2T1+δ)2,C=8δ。
　　
加速階段脈衝頻率的變化為：

    (7)
從（6）
、（7）式shi可ke以yi看kan出chu，在zai加jia速su階jie段duan，脈mai衝chong頻pin率lv不bu斷duan升sheng高gao
，且qie加jia速su度du以yi二er次ci函han數shu增zeng加jia。這zhe種zhong加jia速su方fang法fa對dui步bu進jin電dian機ji運yun行xing十shi分fen有you利li，因yin為wei啟qi動dong時shi
，加jia速su度du平ping緩huan
，一yi旦dan步bu進jin電dian機ji具ju有you一yi定ding的de速su度du，加jia速su度du增zeng加jia很hen快kuai。這zhe樣yang一yi方fang麵mian使shi加jia速su度du平ping穩wen過guo渡du，有you利li於yu提ti高gao機ji器qi的de定ding位wei精jing度du，另ling一yi方fang麵mian可ke以yi縮suo短duan加jia速su過guo程cheng
，提ti高gao快kuai速su性xing能neng。
　　
對於減速階段，按照與上述類似的分析方法，可以得出脈衝頻率特性的表達方式為：

  (8)
   (9)

其中，A=-δ,B=(2T1-δ)2,C=8δ，T1為減速開始時脈衝周期
，δ為減速階段相鄰兩個脈衝周期的增量。由於T1>>δ
，則B=4T12
，由（8）
、（9）式(shi)可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)，脈(mai)衝(chong)頻(pin)率(lv)在(zai)減(jian)速(su)階(jie)段(duan)不(bu)斷(duan)下(xia)降(jiang)
，且(qie)加(jia)速(su)度(du)為(wei)負(fu)，絕(jue)對(dui)值(zhi)以(yi)二(er)次(ci)函(han)數(shu)減(jian)小(xiao)。這(zhe)種(zhong)減(jian)速(su)性(xing)能(neng)對(dui)步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)同(tong)樣(yang)有(you)利(li)
，它(ta)使(shi)步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)在(zai)減(jian)速(su)時(shi)能(neng)夠(gou)平(ping)穩(wen)地(di)停(ting)止(zhi)而(er)沒(mei)有(you)衝(chong)擊(ji)，提(ti)高(gao)了(le)機(ji)器(qi)的(de)定(ding)位(wei)精(jing)度(du)。
　　
綜上所述
，可以得出本設計的脈衝頻率特性（見圖3）。


圖3脈衝頻率特性

該方法已經成功的應用於本人設計的智能運動控製單元，通過開發Windows環境下的控製軟件
，利用VC++設計良好的控製接口界麵，方便地實現了運動方式
、速度、加減速的選擇和位置控製
，具有一定程度的智能。該控製單元減少了PC機ji被bei占zhan用yong時shi間jian，以yi便bian於yu在zai電dian機ji運yun行xing的de同tong時shi去qu完wan成cheng別bie的de工gong作zuo
，從cong而er實shi現xian了le三san台tai步bu進jin電dian機ji的de加jia減jian速su和he速su度du及ji位wei置zhi控kong製zhi。並bing且qie利li用yong了le細xi分fen驅qu動dong電dian源yuan
，提ti高gao了le步bu進jin精jing度du和he定ding位wei精jing度du。