由图7-4可见，相邻两条曲线的交点所对应的静态转矩是电机运行状态的最大启动转距Mq，当负载力矩小于Mq时，步进电机才能正常启动运行，否则将会造成失步凯时国际娱乐官网在线登录。一般地凯时国际娱乐官网在线登录，电机相数的增加会使矩角特性曲线变密，相邻两条曲线的交点上移，会使Mq增加；采用多相通电方式，即变m相m拍通电方式为m相2m拍通电方式，会使启动转距Mq增加。

　　步进电动机又称电脉冲马达，是通过脉冲数量决定转角位移的一种伺服电动机。由于步进电动机成本较低，易于采用计算机控制，因而被广泛应用于开环控制的伺服系统中。步进电动机比直流电动机或交流电动机组成的开环控制系统精度高，适用于精度要求不太高的机电一体化伺服传动系统。目前，一般数控机械和普通机床的微机改造中大多数均采用开环步进电动机控制系统。

　　首先假设U相绕组通电凯时国际娱乐官网在线登录，则转子上下两齿被磁吸住凯时国际娱乐官网在线登录，转子就停留在U相通电的位置上。然后U相断电，V相通电，则磁极U的磁场消失，磁极V产生了磁场，磁极V的磁场把离它最近的另外两齿吸引过去，停止在V相通电的位置上，这时转子逆时针转了300。随后V相断电凯时国际娱乐官网在线登录，W相通电，根据同样的道理凯时国际娱乐官网在线登录凯时国际娱乐官网在线登录，转子又逆时针转了300凯时国际娱乐官网在线登录，停止在W相通电的位置上。若再U相通电，W相断电，那么转子再逆转300。定子各相轮流通电一次，转子转一个齿。

　　指每给一个脉冲信号，电机转子应转过角度的理论值。它取决于电机结构和控制方式。步距角可按下式计算：

　　数控机床所采用步进电机的步距角一般都很小，如：3°／1.5°，1.5°／0.75°凯时国际娱乐官网在线登录，0.72°／0.36°等，是步进电机的重要指标凯时国际娱乐官网在线登录。步进电机空载且单脉冲输入时凯时国际娱乐官网在线登录，其实际步距角与理论步距角之差称为静态步距角误差，一般控制在±10′～30′的范围内。

　　空载时，步进电机由静止突然启动、并进入不丢步的正常运行状态所允许的最高频率，称为启动频率或突跳频率fq，是反映步进电机快速性能的重要指标。空载启动时，步进电机定子绕组通电状态变化的频率不能高于该启动频率。原因是频率越高，电机绕组的感抗（xL＝2πfL）越大，使绕组中的电流脉冲变尖凯时国际娱乐官网在线登录，幅值下降凯时国际娱乐官网在线登录，从而使电机输出力矩下降。

　　步进电机的加减速特性是描述步进电机由静止到工作频率和由工作频率到静止的加、减速过程中，定子绕组通电状态的变化频率与时间的关系。当要求步进电机启动到大于启动频率的工作频率时，变化速度必须逐渐上升；同样，从最高工作频率或高于启动频率的工作频率停止时，变化速度必须逐渐下降。逐渐上升和逐渐下降的加速时间、减速时间不能过小，否则会出现失步或超步。目前，主要通过软件实现步进电机的加减速控制。常用的加减速控制实现方法有指数规律和直线规律加减速控制，指数规律加减速控制一般适用跟踪响应要求较高的切削加工中；直线规律加减速控制一般适用速度变化范围较大的快速定位方式中。

　　步进电机绕组按 …依次轮流通电凯时国际娱乐官网在线登录，步进电动机转子就一步步地按逆时针方向旋转凯时国际娱乐官网在线登录凯时国际娱乐官网在线登录。反之，如果步进电动机按倒序依次使绕组通电，即： …，则步进电动机将按顺时针方向旋转。

　　步进电机绕组每次通断电使转子转过的角度称之为步距角。上述分析中的步进电机步距角为300。

　　对于一个真实的步进电动机，为了减少每通电一次的转角，在转子和定子上开有很多定分的小齿．其中定子的三相绕组铁心间有一定角度的齿差凯时国际娱乐官网在线登录，当U相定子小齿与转子小齿对正时，V相和W相定子上的齿则处于错开状态，如图5-13所示凯时国际娱乐官网在线登录。工作原理与上同，只是步距角是小齿距夹角的1/3。

　　当步进电机在一个方向上连续运行时，其各相通、断的脉冲分配是一个循环，因此称为环形分配器凯时国际娱乐官网在线登录。环形分配器的输出不仅是周期性的，又是可逆的。

　　环形分配的功能可由硬件或软件的方法来实现凯时国际娱乐官网在线登录，分别称为硬件环形分配器和软件环形分配器。

　　硬件环形分配器的种类很多，它可由D触发器或JK触发器构成，亦可采用专用集成芯片或通用可编程逻辑器件。目前市场上有许多专用的集成电路环形分配器出售，集成度高，可靠性好，有的还有可编程功能。如国产的PM系列步进电机专用集成电路有PM03、PM04、PM05和PM06分别用于三相、四相、五相和六相步进电机的控制。进口的步进电机专用集成芯片PMM8713、PM8714可分别用于四相（或三相）、五相步进电机的控制凯时国际娱乐官网在线登录。而PPM101B则是可编程的专用步进电机控制芯片，通过编程可用于三相、四相凯时国际娱乐官网在线登录、五相步进电机的控制。

　　J3r、J3L、J6r、J6L——分别为三相双三拍凯时国际娱乐官网在线登录、三相六拍工作方式时步进电机正、反转的控制端。

　　软件环形分配指由数控装置中的计算机软件完成环形分配的任务凯时国际娱乐官网在线登录，直接驱动步进电机各绕组的通、断电。用软件环形分配器只需编制不同的环形分配程序，将其存入数控装置的EPROM中即可。用软件环形分配器可以使线路简化，成本下降，并可灵活地改变步进电机的控制方案。

　　由于采用单相通电方式工作时，步进电动机的矩频特性（输出转矩与输入脉冲频率的关系）较差凯时国际娱乐官网在线登录，在通电换相过程中凯时国际娱乐官网在线登录，转子状态不稳定凯时国际娱乐官网在线登录，容易失步，因而实际应用中较少采用。图5-14是某三相反应式步进电动机在不同通电方式下工作时的矩频特性曲线。显然，采用单双相轮流通电方式可使步进电动机在各种工作频率下都具有较大的负载能力凯时国际娱乐官网在线登录。

　　R凯时国际娱乐官网在线登录、R*——复位端凯时国际娱乐官网在线登录，R为三相双三拍复位端，R*为三相六拍复位端，先将对应的复位端接入高电平，使其进入工作状态，若为“10”，则为三相双三拍工作方式；若为“01”，则为三相六拍工作方式。

　　CL、EN——进给脉冲输入端和允许端；进给脉冲由CL输入，只有EN＝1，脉冲上升沿使环形分配器工作；CH250也允许以EN端作脉冲输入端，此时凯时国际娱乐官网在线登录，只有CL＝0，脉冲下降沿使环形分配器工作。不符合上述规定则为环形分配器状态锁定（保持）。

　　启动时的惯频特性是指电机带动纯惯性负载时启动频率和负载转动惯量之间的关系。一般来说，随着负载惯量的增加，启动频率会下降凯时国际娱乐官网在线登录。如果除了惯性负载外还有转矩负载凯时国际娱乐官网在线登录，则启动频率将进一步下降。

　　步进电机启动后，其运行速度能跟踪指令脉冲频率连续上升而不丢步的最高工作频率，称为连续运行频率，其值远大于启动频率。运行矩频特性是描述步进电机在连续运行时，输出转矩与连续运行频率之间的关系，它是衡量步进电机运转时承载能力的动态指标凯时国际娱乐官网在线登录，如图7-5所示。图中每一频率所对应的转矩称为动态转矩。从图中可以看出，随着运行频率的上升，输出转矩下降，承载能力下降。当运行频率超过最高频率时，步进电机便无法工作。

　　如果步进电动机绕组的每一次通断电操作称为一拍，每拍中只有一相绕组通电，其余断电，这种通电方式称为单相通电方式凯时国际娱乐官网在线登录。三相步进电动机的单相通电方式称为三相单三拍通电方式。如： 。

　　如果步进电动机通电循环的每拍中都有两相绕组通电，这种通电方式称为双相通电方式。三相步进电动机采用双相通电方式时（如： ），称为三相双三拍通电方式。

　　CH250是国产的三相反应式步进电机环形分配器的专用集成电路芯片凯时国际娱乐官网在线登录，通过其控制端的不同接法可以组成三相双三拍和三相六拍的不同工作方式，其外形和三相六拍接线外形和三相六拍接线主要管脚的作用：

　　当步进电机处于通电状态时凯时国际娱乐官网在线登录，转子处在不动状态，即静态。如果在电机轴上施加一个负载转矩M凯时国际娱乐官网在线登录，转子会在载荷方向上转过一个角度θ，转子因而受到一个电磁转矩Mj的作用与负载平衡凯时国际娱乐官网在线登录，该电磁转矩Mj称为静态转矩，该角度θ称为失调角凯时国际娱乐官网在线登录。步进电机单相通电的静态转矩Mj随失调角θ的变化曲线所示凯时国际娱乐官网在线登录，画出了三相步进电机按A→B→C→A……方式通电时A、B、C各相的矩角特性。各相矩角特性差异不大凯时国际娱乐官网在线登录，否则会影响步距精度及引起低频振荡。当外加转矩取消后，转子在电磁转矩作用下，仍能回到稳定平衡点θ＝0。矩角特性曲线上的电磁转矩的最大值称为最大静转矩Mjmax，Mjmax是代表电机承载能力的重要指标，Mjmax越大，电机带负载的能力越强，运行的快速性和稳定性越好凯时国际娱乐官网在线登录。

　　软件环形分配器的设计方法有多种凯时国际娱乐官网在线登录，如查表法凯时国际娱乐官网在线登录、比较法凯时国际娱乐官网在线登录、移位寄存器法等凯时国际娱乐官网在线登录，最常用的是查表法。下面以三相反应式步进电机的环形分配器为例，说明查表法软件环形分配器的工作原理。

　　图7-9所示为两坐标步进电机伺服进给系统框图。X向和Z向的三相定子绕组分别为A、B、C相和a、b、c相，分别经各自的放大器、光电耦合器与计算机的PIO（并行输入／输出接口）的PA0～PA5相连。首先结合驱动电源线路，根据PIO接口的接线方式，按步进电机运转时绕组励磁状态转换方式得出环形分配器输出状态表凯时国际娱乐官网在线登录，如表7-1所示，将表示步进电机各个绕组励磁状态的二进制数存入存贮单元地址2 A00H~2A05H（存贮单元地址由用户设定）中。然后编写X向和Z向正、反方向进给的子程序凯时国际娱乐官网在线登录，步进电机运行时，都要调用该子程序。根据步进电机的运转方向按表地址的正向或反向顺序依次取出存贮单元地址的内容并输出，即依次输出表示步进电机各个绕组励磁状态的二进制数，则电机就正转或反转运行凯时国际娱乐官网在线登录。

　　是将数控装置送来的一串指令脉冲，按步进电机所要求的通电顺序分配给步进电机的驱动电源的各相输入端，以控制励磁绕组的通断，实现步进电机的运行及换向。

　　以三相步进电机为例，硬件环形分配驱动与数控装置的连接如图7-7所示凯时国际娱乐官网在线登录，环形分配器的输入、输出信号一般均为TTL电平，输出信号A、B、C信号变为高电平则表示相应的绕组通电，低电平则表示相应的绕组失电，CLK为数控装置所发脉冲信号，每一个脉冲信号的上升或下降沿到来时，输出则改变一次绕组的通电状态，DIR为数控装置所发方向信号，其电平的高低即对应电机绕组通电顺序的改变，即步进电机的正凯时国际娱乐官网在线登录、反转，FULL／HALF电平用于控制电机的整步（对三相步进电机即为三拍运行）或半步（对三相步进电机即为六拍运行）凯时国际娱乐官网在线登录，一般情况下，根据需要将其接在固定的电平上即可。

　　三相反应式步进电动机的工作原理如图5-12所示，其中步进电动机的定子上有6个齿，其上分别缠有WA、WB、WC三相绕组，构成三对磁极，转子上则均匀分布着4个齿凯时国际娱乐官网在线登录。步进电动机采用直流电源供电凯时国际娱乐官网在线登录。当WA、WB、WC三相绕组轮流通电时，通过电磁力吸引步进电动机转子一步一步地旋转凯时国际娱乐官网在线登录。

　　通电方式不仅影响步进电动机的矩频特性，对步距角也有影响。一个m相步进电动机凯时国际娱乐官网在线登录，如其转子上有z个小齿，则其步距角可通过下式计算：

　　式中，k是通电方式系数，当采用单相或双相通电方式时，k＝1，当采用单双相轮流通电方式时，k＝2。可见采用单双相轮流通电方式还可使步距角减小—半。步进电机的步距角决定了系统的最小位移，步距角越小，位移的控制精度越高。

　　如果步进电动机通电循环的各拍中交替出现单凯时国际娱乐官网在线登录、双相通电状态，这种通电方式称为单双相轮流通电方式。三相步进电动机采用单双相轮流通电方式时，每个通电循环有六拍，因而又称为三相六拍通电方式，即 凯时国际娱乐官网在线登录。

　　一般情况下，m相步进电动机可采用单相通电、双相通电或单双相轮流通电方式工作，对应的通电方式可分别称为m相单m拍、m相双m拍或m相2m拍通电方式凯时国际娱乐官网在线登录。耳机调谐放大器起动惯频特性智能终端凯时国际娱乐官网在线登录