步進(jìn)電機(jī)構(gòu)造與控制

在上面的可變磁阻步進(jìn)電機(jī)的簡(jiǎn)單示例中，電機(jī)由一個(gè)中心轉(zhuǎn)子組成，該轉(zhuǎn)子被四個(gè)標(biāo)記為A、B、C和D的電磁場(chǎng)線圈包圍。所有具有相同字母的線圈都連接在一起，因此通電（例如標(biāo)記為A 的線圈）將導(dǎo)致磁轉(zhuǎn)子與該組線圈對(duì)齊。

在上面的可變磁阻步進(jìn)電機(jī)的簡(jiǎn)單示例中，電機(jī)由一個(gè)中心轉(zhuǎn)子組成，該轉(zhuǎn)子被四個(gè)標(biāo)記為A、B、C和D的電磁場(chǎng)線圈包圍。所有具有相同字母的線圈都連接在一起，因此通電（例如標(biāo)記為A 的線圈）將導(dǎo)致磁轉(zhuǎn)子與該組線圈對(duì)齊。

通過依次向每組線圈通電，可以使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)或從一個(gè)位置“步進(jìn)”到下一個(gè)位置，其角度由其步距角結(jié)構(gòu)確定，并且通過按順序?qū)€圈通電，轉(zhuǎn)子將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過按設(shè)定順序?qū)?lì)磁線圈通電來(lái)控制電機(jī)的步距角和速度，例如“ ADCB，ADCB，ADCB，A… ”等，轉(zhuǎn)子將沿一個(gè)方向（正向）旋轉(zhuǎn)，并通過將脈沖序列反轉(zhuǎn)為“ ABCD、ABCD、ABCD、A… ”等，轉(zhuǎn)子將沿相反方向（反向）旋轉(zhuǎn)。
因此，在上面的簡(jiǎn)單示例中，步進(jìn)電機(jī)有四個(gè)線圈，使其成為 4 相電機(jī)，定子上的極數(shù)為 8 (2 x 4)，間隔為 45 度。轉(zhuǎn)子上的齒數(shù)為六個(gè)，齒距為 60 度。
然后，轉(zhuǎn)子有 24 個(gè)（6 個(gè)齒 x 4 個(gè)線圈）可能的位置或“步數(shù)”來(lái)完成一整圈。因此，上面的步距角為：360 o /24 = 15 o。
顯然，更多的轉(zhuǎn)子齒和/或定子線圈將導(dǎo)致更多的控制和更精細(xì)的步距角。此外，通過以不同的配置連接電機(jī)的電氣線圈，可以實(shí)現(xiàn)全步角、半步角和微步角。然而，為了實(shí)現(xiàn)微步進(jìn)，步進(jìn)電機(jī)必須由（準(zhǔn)）正弦電流驅(qū)動(dòng)，其實(shí)施成本昂貴。
還可以通過改變施加到線圈的數(shù)字脈沖之間的時(shí)間延遲（頻率）來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，延遲越長(zhǎng)，一整轉(zhuǎn)的速度越慢。通過向電機(jī)施加固定數(shù)量的脈沖，電機(jī)軸將旋轉(zhuǎn)給定角度。
使用延時(shí)脈沖的優(yōu)點(diǎn)是不需要任何形式的附加反饋，因?yàn)橥ㄟ^計(jì)算提供給電機(jī)的脈沖數(shù)量，就可以準(zhǔn)確地知道轉(zhuǎn)子的終位置。這種對(duì)設(shè)定數(shù)量的數(shù)字輸入脈沖的響應(yīng)允許步進(jìn)電機(jī)在“開環(huán)系統(tǒng)”中運(yùn)行，使其控制起來(lái)既容易又便宜。
例如，假設(shè)上面的步進(jìn)電機(jī)的步距角為每步 3.6 度。要將電機(jī)旋轉(zhuǎn) 216 度的角度，然后再次停止在所需位置，總共只需要：216 度/（3.6 度/步）= 80 個(gè)施加到定子線圈的脈沖。
有許多步進(jìn)電機(jī)控制器 IC 可供選擇，可以控制步進(jìn)速度、旋轉(zhuǎn)速度和電機(jī)方向。SAA1027 就是這樣一種控制器 IC，它內(nèi)置了所有必需的計(jì)數(shù)器和代碼轉(zhuǎn)換，并且可以按正確的順序自動(dòng)將 4 個(gè)完全控制的橋輸出驅(qū)動(dòng)到電機(jī)。
旋轉(zhuǎn)方向也可以選擇單步模式或沿選定方向連續(xù)（無(wú)級(jí)）旋轉(zhuǎn)，但這會(huì)給控制器帶來(lái)一些負(fù)擔(dān)。當(dāng)使用 8 位數(shù)字控制器時(shí)，每步也可以有 256 微步
SAA1027步進(jìn)電機(jī)控制芯片

在本關(guān)于旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器的教程中，我們研究了有刷和無(wú)刷直流電機(jī)、直流伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)作為機(jī)電執(zhí)行器，可用作位置或速度控制的輸出設(shè)備。
在下一篇關(guān)于輸入/輸出設(shè)備的教程中，我們將繼續(xù)研究稱為執(zhí)行器的輸出設(shè)備，特別是使用電磁力將電信號(hào)再次轉(zhuǎn)換為聲波的輸出設(shè)備。我們將在下一個(gè)教程中看到的輸出設(shè)備類型是揚(yáng)聲器。