步进电机驱动器的特点有哪些

　　步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件，在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲个数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机安设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，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，从而达到高速的目的
　　伺服电机又称执行电机，伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动。在自动控制系统中，用作执行元件，把收到的电信号转换成电机轴上的角位移或角速度输出。伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）也就是说伺服电机本身具备发出脉冲的功能，它每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样伺服驱动器和伺服电机编码器的脉冲形成了呼应，所以它是闭环控制，步进电机是开环控制。
　　步进电机和伺服电机的区别在于：
　　1、控制精度不同。步进电机的相数和拍数越多，它的精确度就越高，伺服电机取块于自带的编码器，编码器的刻度越多，精度就越高。
　　2、控制方式不同;一个是开环控制，一个是闭环控制。
　　3、低频特性不同;步进电机在低速时易出现低频振动现象，当它工作在低速时一般采用阻尼技术或细分技术来克服低频振动现象，伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT），可检测出机械的共振点便于系统调整。
　　4、矩频特性不同;步进电机的输出力矩会随转速升高而下降，交流伺服电机为恒力矩输出。
　　5、过载能力不同;步进电机一般不具有过载能力，而交流电机具有较强的过载能力。
　　6、运行性能不同;步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲现象，交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。
　　7、速度响应性能不同;步进电机从静止加速到工作转速需要上百毫秒，而交流伺服系统的加速性能较好，一般只需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。
　　综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机，但是价格比就不一样了。
　　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（即步进角）。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，从而达到调速的目的。
　　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。混合式步进电机的应用最为广泛200步进电机与伺服电机333332首次关注51黑电子论坛及“单片机教程网”官方微信获得的论坛黑币奖励。
　　步进电机的基本参数：
　　1.电机固有步距角
　　它 表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值，如86BYG 250A型电机给出的值为0.9°/1.8°（表示半步工作时为0.9°、整步工作时为1.8°），这个步距角可以称之为‘电机固有步距角’，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。
　　通常步进电机步距角β的一般计算按下式计算。
　　β=360°/（Z·m·K）
　　式中 β―步进电机的步距角；
　　Z―转子齿数；
　　m―步进电动机的相数；
　　K―控制系数，是拍数与相数的比例系数
　　2.步进电机的相数
　　是 指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。 电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为0.9°/1.8°、三相的为0.75°/1.5°、五相的为0.36°/0.72° 。在没有细分驱动器时， 用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器，则‘相数’将变得没有意义， 用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。
　　3．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。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最重要的参数之一。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。
　　DETENT TORQUE：是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。DETENTTORQUE 在国内没有统一的翻译方式，容易使大家产生误解；由于反应式步进电机的转子不是永磁材料，所以它没有DETENTTORQUE。
　　步进电机主要特性
　　1. 步进电机必须加驱动才可以运转， 驱动信号必须为脉冲信号，没有脉冲的时候， 步进电机静止， 如果加入适当的脉冲信号，就会以一定的角度（称为步角）转动。 转动的速度和脉冲的频率成正比。例如步进电机的步进角度为7.5 度，一圈360 度， 需要48 个脉冲完成。
　　2. 步进电机具有 瞬间启动和急速停止的优越特性。
　　3. 改变脉冲的顺序，可以方便的改变转动的方向。
　　因此，目前打印机，绘图仪，机器人，等设备都以步进电机为动力核心。
　　步进电机驱动器的特点
　　它是构成步进电机驱动器系统的专用集成电路：
　　A、脉冲分配器集成电路：如三洋公司的PMM8713、PMM8723、PMM8714等。
　　B、包含脉冲分配器和电流斩波的控制器集成电路：如SGS公司的L297、L6506等。
　　C、只含功率驱动（或包含电流控制、保护电路）的驱动器集成电路：如日本新电元工业公司的MTD1110（四相斩波驱动）和MTD2001（两相、H桥、斩波驱动）。
　　D、将脉冲分配器、功率驱动、电流控制和保护电路都包括在内的驱动控制器集成电路，如东芝公司的TB6560AHQ、MOTOROLA公司的SAA1042（四相）和ALLEGRO公司的UCN5804（四相）等。
　　“细分驱动”概述： 将“电机固有步距角”细分成若干小步的驱动方法，称为细分驱动，细分是通过驱动器精确控制步进电机的相电流实现的， 与电机本身无关。其原理是，让定子通电相电流并不一次升到位，而断电相电流并不一次降为0（绕组电流波形不再是近似方波，而是N级近似阶梯波），则定子绕组电流所产生的磁场合力，会使转子有N个新的平衡位置（形成N个步距角）。
　　伺服马达
　　伺服马达内部结构
　　伺服马达内部包括了一个 小型直流马达；一组变速齿轮组；一个反馈可调电位器；及一块电子控制板。其中，高速转动的直流马达提供了原始动力，带动变速（减速）齿轮组，使之产生高扭力的输出，齿轮组的变速比愈大，伺服马达的输出扭力也愈大，也就是说越能承受更大的重量，但转动的速度也愈低。其结构图如下：
　　伺服马达的工作原理
　　伺服马达是一个典型闭环反馈系统，其原理可由下图：
　　
　　减速齿轮组由马达驱动，其终端（输出端）带动一个 线性的比例电位器作位置检测，该 电位器把转角坐标转换为一比例电压反馈给控制线路板，控制线路板将其与输入的控制脉冲信号比较， 产生纠正脉冲，并驱动马达正向或反向地转动，使齿轮组的输出位置与期望值相符， 令纠正脉冲趋于为0，从而达到使伺服马达精确定位的目的。
　　如何控制伺服马达
　　标准的微型伺服马达有三条控制线，分别为：电源、地、控制。电源线与地线用于提供内部的直流马达及控制线路所需的能源，电压通常介于4V—6V之间，该电源应尽可能与处理系统的电源隔离（因为伺服马达会产生噪音）。甚至小伺服马达在重负载时也会拉低放大器的电压，所以整个系统的电源供应的比例必须合理。
　　输入一个周期性的正向脉冲信号，这个周期性脉冲信号的高电平时间通常在1ms—2ms之间，而低电平时间应在5ms到20ms之间，并不很严格，下表表示出一个典型的20ms周期性脉冲的正脉冲宽度与微型伺服马达的输出臂位置的关系：
　　伺服马达的电源引线
　　电源引线有三条，如图中所示。伺服马达三条线中红色的线是控制线，接到控制芯片上。中间的是SERVO工作电源线，一般工作电源是5V。 第三条是地线。
　　伺服马达的运动速度
　　伺服马达的瞬时运动速度是由其内部的直流马达和变速齿轮组的配合决定的，在恒定的电压驱动下，其数值唯一。但其平均运动速度可通过分段停顿的控制方式来改变， 例如，我们可把动作幅度为90o的转动细分为128个停顿点，通过控制每个停顿点的时间长短来实现0o—90o变化的平均速度。对于多数伺服马达来说，速度的单位由“度数/秒”来决定。
　　使用伺服马达的注意事项
　　除非你使用的是数码式的伺服马达，否则以上的伺服马达输出臂位置只是一个不准确的大约数。普通的模拟微型伺服马达不是一个精确的定位器件，即使是使用同一品牌型号的微型伺服马达产品，他们之间的差别也是非常大的，在同一脉冲驱动时，不同的伺服马达存在±10o的偏差也是正常的。
　　正因上述的原因，不推荐使用小于1ms及大于2ms的脉冲作为驱动信号，实际上，伺服马达的最初设计表也只是在±45o的范围。而且，超出此范围时，脉冲宽度转动角度之间的线性关系也会变差。要特别注意，绝不可加载让伺服马达输出位置超过±90o的脉冲信号，否则会损坏伺服马达的输出限位机构或齿轮组等机械部件。