一，首先是驱动器SR2-PLUS与AML真空步进电机的接线和设置方法

初步接触步进电机可能感觉比较茫然，对于接线可能感觉无从下手，下面以SR2-PLUS为例介绍如何快速掌握步进电机的接线方法。请参照接口关系图，需要准备以下设备：

SR2-PLUS步进驱动器*1
12-48VDC合适功率的直流电源*1
控制信号源（脉冲发射器）*1
相匹配的英国AML真空步进电机*1

SR2-PLUS 步进驱动器接口示意图

第一步：电源与驱动器连接

如果您的电源输出端没有保险丝或一些别的限制短路电流的装置，可在电源和驱动器之间放置一个适当规格的快速熔断保险丝(规格不得超过3 Amps)以保护驱动器和电源，请将该保险丝串联于电源的正极和驱动器的V+之间。将电源的正极连接到驱动器的V+，将电源的负极连接到驱动器的V-。

注意事项:
1、请注意不要接反，避免因电源接反造成的驱动器损坏。
2、如果使用稳压电源供电，要求供电电压不得超过48V。如果使用非稳压电源供电，要求电压不得超过34V。

第二步：电机与驱动器连接

四线电机只能用一种方式连接。
六线电机可以用两种方式连接：串联、中心抽头。在串联模式下，电机低速运转时具有更大的转矩，但是不能像接在中心抽头那样快速的运转。串联运转时，电机需要以低于中心抽头方式电流的30％运行以避免过热。
八线电机可以用两种方式连接：串联、并联。串联方式在低速时具有更大的转矩，而在高速时转矩较小。串联运转时，电机需要以并联方式电流的50％运行以避免过热。

警告：当将电机连接到驱动器时，请先确认电机电源已关闭。确认未使用的电机引线未与其它物体发生短路。在驱动器通电期间，不能断开电机。不要将电机引线接到地上或电源上。

第三步：控制器与驱动器连接

3.1、脉冲&方向信号

SR2-PLUS驱动器有2个高速输入口STEP和DIR，光电隔离，可以接受5-24VDC单端信号（共阳接法），最高电压可达28V，信号下降沿有效。信号输入口有高速数字滤波器，滤波频率为2MHz。
脉冲信号为下降沿有效。
电机运转方向取决于DIR电平信号，当DIR悬空或为低电平时，电机顺时针运转; DIR信号为高电平时，电机逆时针运转。

3.2、使能信号

EN输入使能或关断驱动器的功率部分，信号输入为光电隔离， 可以接受5-24VDC单端信号（共阳接法），信号最高可达28V。
EN信号悬空或低电平时(光耦不导通)，驱动器为使能状态，电机正常运转; EN信号为高电平时(光耦导通)，驱动器功率部分关断，电机无励磁。
当电机处于报错状态时，EN输入可用于重启驱动器。首先从应用系统中排除存在的故障，然后输入一个下降沿信号至EN端，驱动器可重新启动功率部分，电机励磁运转。

3.3、OUT信号

OUT口为光电隔离OC输出，最高承受电压30VDC，最大饱和电流100mA。驱动器正常工作时,输出光耦不导通。

3.4、控制信号输入示例

第四步：驱动器运行参数设置

4.1、电流设置

SR2-PLUS驱动器通过SW1，SW2，SW3拨码开关设定输出电流峰值，通常情况下，电流设定为电机的额定电流。如果您的系统对发热的要求很高，可以适当减小电流以降低电机的发热，但是电机的输出力矩会同时降低。如果您不是要求电机连续运行，可适当增大运行电流以获得更大力矩，但是注意最大不要超过电机额定电流的1.5倍。

空闲电流设置

驱动器的运行电流，在马达停转时可自动减少，SW4设定空闲电流为运行电流的百分比关系。当需要输出一个高的力矩时，90%的设置是最有效的。为减少马达和驱动器的热量，推荐将空闲电流在允许的情况下尽可能降低。

4.2、细分设置

SR2-PLUS驱动器通过 SW5, SW6, SW7 和 SW8 拨码开关设定细分值，16种选择。

4.3、自检设置

如果需要马达旋转却缺少对应上位控制信号时，可尝试使用控制器内建自测功能。设定开关SW9为“ON”，控制器上电后将按先顺时针再逆时针方向各旋转2圈反复控制电机运行。任意时刻设定SW9为“OFF”则关闭该功能。

4.4、细分插补设置

设定开关SW10选择采用细分插补技术的平滑滤波功能，“ON”为使能, “OFF”为关闭该功能。对控制信号平滑滤波使立即改变马达控制的速度和方向的动作变得更加柔和，且能够使系统机械部件磨损降低以提高设备使用寿命。该功能将会产生对控制信号的延迟，请根据应用场合选择或关闭该功能。

4.5、负载惯量设置

设定开关SW11选择采用负载惯量，可以有效的提高电机的运动性能。为了获得最佳性能，驱动器必须要解读负载的机电特性。为了能正常工作，正确估量负载是非常重要的。电机表列出了电机的转子惯量，转子惯量除以电机的转子惯量可以得到惯量比。开关设置为OFF时为低惯量，设置为ON时为高惯量。

4.6、步进噪音滤波设置

设定开关SW12选择数字信号滤波器，“ON”为150 KHz, “OFF”为2 MHz。脉冲和方向信号输入内建数字信号滤波，用于消除外部叠加噪音。如果系统工作在低细分模式，请选择滤波频率为150KHz，如果工作在高细分模式选择滤波频率为 2 MHz。

二，其次是真空步进电机一些选型及使用的注意事项，英国AML真空步进电机适用于真空度：1x10^-10 mbar （1x10^-10 hPa）=1x10^-8 Pa ;　环境温度-196℃~+200℃

• 负载

力矩负载 (Tf) Tf = G * r G: 负载重量 r: 半径

惯量负载 (TJ) TJ = J * dw/dt J = M * (R12+R22) / 2 (Kg * cm) M: 负载质量 R1: 外圈半径 R2: 内圈半径 dw/dt: 角加速度

• 速度-力矩曲线

速度-力矩曲线是步进电机输出特性的重要表现形式。

A. 工作频率点 电机在某一点的转速值。 速率： n = q * Hz / (360 * D) n: 转/秒 Hz: 频率值 D: 驱动电路细分值 q: 步距角 步距角1.8°的步进电机，在 1/2 细分驱动方式下 (即每步 0.9°) 、 工作频率 500Hz 时的转速为1.25r/s.

B. 自启动区域: 步进电机可以直接启动和停止的区域。

C. 连续运行区域: 在该区域内，电机无法直接启动或停止。电机在该区域内运行必须先经过自启动区域，然后经 过加速达到该工作区域运行。同理，电机在该区域内也无法直接制动，否则容易造成电机失步， 必须先经过减速到达自启动区域内再制动。

D. 最高启动频率: 空载情况下，已励磁电机直接启动而不丢步的最高脉冲频率。

E. 最高运行频率: 空载情况下，已励磁电机运行而不丢步的最高脉冲频率。

F. 启动力矩/牵入力矩: 已励磁电机能以某一固定的频率启动和同步运行而不丢步的最大转矩。

G. 运行力矩/牵出力矩: 在规定的驱动条件下，按照给定脉冲频率，可加给已驱动电机转轴上而不是电机丢步的最大转矩。

• 加速/减速运动控制

当电机运行频率点在速度-力矩曲线的连续运行区域 内时，如何缩短电机启动或停止时的加速或减速时 间，使电机更长时间地运行在最佳速度状态，从而 提高电机的有效运行时间是非常关键的。 如右图所示，步进电机的动态力矩特性曲线，低速 运行时曲线为水平直线状态；高速运行时，由于受 到电感的影响，曲线发生了指数下降。
A. 低转速状态下的直线加速运行 已知电机负载为TL，假设想从F0 在最短时间 (tr) 内加速到 F1，如何来计算最短时间 tr ? (1) 通常情况下 TJ = 70%Tm (2) tr = 1.8 * 10 -5 * J * q * (F1-F0)/(TJ-TL) (3) F (t) = (F1-F0) * t/tr + F0, 0
B. 高转速状态下的指数加速运行 (1) 通常情况下 TJ0 = 70%Tm0, TJ1 = 70%Tm1, TL = 60%Tm1 (2). tr = F4 * In [(TJ0-TL)/(TJ1-TL)] (3). F (t) = F2 * [1 – e^(-t/F4)] + F0, 0F2 = (TL-TJ0) * (F1-F0)/(FJ1-TJ0) F4 = 1.8 * 10-5 * J * q * F2/(TJ0-TL)

备注：J 表示电机转子加负载时的转动惯量。q 表示每一步的转动角度，在整部驱动时就是指电机的步距角。
在减速运行时，只需将上述的加速脉冲频率反转过来计算就可以了。

• 振动与噪音

一般来讲，步进电机在空载运行情况下，当电机的运行频率接近或等于电机转子的固有频率时 会发生共振，严重的会发生失步现象。
针对共振的几种解决方案:
A. 避开振动区,使电机的工作频率不落在振动范围内。
B. 采用细分的驱动模式，使用微步驱动模式，将原来的一步细分为多步运行，提高电机的每步分辨率，从而降低振动。这可以 通过调整电机的相电流比来实现的。微步并不会增加步距角精确度，却能使电机运行更加平稳，噪 音更小。一般电机在半步运行时，力矩会比整步时小15%，而采用正弦波电流控制时，力矩将减小 30%。

步进电机和驱动器的选择方法

判断需多大力矩：静扭矩是选择步进电机的主要参数之一。负载大时，需采用大力矩电机。力矩指标大时，电机外形也大。判断电机运转速度：转速要求高时，应选相电流较大、电感较小的电机，以增加功率输入。且在选择驱动器时采用较高供电电压。选择电机的安装规格：如57、86等，主要与力矩要求有关。确定定位精度和振动方面的要求情况：判断是否需细分，需多少细分。 根据电机的电流、细分和供电电压选择驱动器。

步进电机工作原理

通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。

步进电机发热原理

通常见到的各类电机，内部都是有铁芯和绕组线圈的。绕组有电阻，通电会产生损耗，损耗大小与电阻和电流的平方成正比，这就是我们常说的铜损，如果电流不是标准的直流或正弦波，还会产生谐波损耗；铁心有磁滞涡流效应，在交变磁场中也会产生损耗，其大小与材料，电流，频率，电压有关，这叫铁损。铜损和铁损都会以发热的形式表现出来，从而影响电机的效率。步进电机一般追求定位精度和力矩输出，效率比较低，电流一般比较大，且谐波成分高，电流交变的频率也随转速而变化，因而步进电机普遍存在发热情况，且情况比一般交流电机严重。

步进电机加减速控制

正因为步进电机的广泛应用,对步进电机的控制的研究也越来越多,在启动或加速时如果步进脉冲变化太快,转子由于惯性而跟随不上电信号的变化,产生堵转或失步在停止或减速时由于同样原因则可能产生超步。为防止堵转、失步和超步,提高工作频率,要对步进电机进行升降速控制。

步进电机的转速取决于脉冲频率、转子齿数和拍数。其角速度与脉冲频率成正比,而且在时间上与脉冲同步。因而在转子齿数和运行拍数一定的情况下,只要控制脉冲频率即可获得所需速度。由于步进电机是借助它的同步力矩而启动的,为了不发生失步,启动频率是不高的。特别是随着功率的增加,转子直径增大,惯量增大,启动频率和最高运行频率可能相差十倍之多。

步进电机的起动频率特性使步进电机启动时不能直接达到运行频率,而要有一个启动过程,即从一个低的转速逐渐升速到运行转速。停止时运行频率不能立即降为零,而要有一个高速逐渐降速到零的过程。

步进电机的输出力矩随着脉冲频率的上升而下降,启动频率越高,启动力矩就越小,带动负载的能力越差,启动时会造成失步,而在停止时又会发生过冲。要使步进电机快速的达到所要求的速度又不失步或过冲,其关键在于使加速过程中,加速度所要求的力矩既能充分利用各个运行频率下步进电机所提供的力矩,又不能超过这个力矩。因此,步进电机的运行一般要经过加速、匀速、减速三个阶段,要求加减速过程时间尽量的短,恒速时间尽量长。特别是在要求快速响应的工作中,从起点到终点运行的时间要求最短,这就必须要求加速、减速的过程最短,而恒速时的速度最高。

步进电机的细分控制

步进电机由于受到自身制造工艺的限制,如步距角的大小由转子齿数和运行拍数决定,但转子齿数和运行拍数是有限的,因此步进电机的步距角一般较大并且是固定的,步进的分辨率低、缺乏灵活性、在低频运行时振动,噪音比其他微电机都高,使物理装置容易疲劳或损坏。这些缺点使步进电机只能应用在一些要求较低的场合,对要求较高的场合,只能采取闭环控制,增加了系统的复杂性,这些缺点严重限制了步进电机作为优良的开环控制组件的有效利用。细分驱动技术在一定程度上有效地克服了这些缺点。

步进电机细分驱动技术是年代中期发展起来的一种可以显著改善步进电机综合使用性能的驱动技术。年美国学者、首次在美国增量运动控制系统及器件年会上提出步进电机步距角细分的控制方法。在其后的二十多年里,步进电机细分驱动得到了很大的发展。逐步发展到上世纪九十年代完全成熟的。我国对细分驱动技术的研究,起步时间与国外相差无几。

在九十年代中期的到了较大的发展。主要应用在工业、航天、机器人、精密测量等领域,如跟踪卫星用光电经纬仪、军用仪器、通讯和雷达等设备,细分驱动技术的广泛应用,使得电机的相数不受步距角的限制,为产品设计带来了方便。目前在步进电机的细分驱动技术上,采用斩波恒流驱动,仪脉冲宽度调制驱动、电流矢量恒幅均匀旋转驱动控制止,,几大大提高步进电机运行运转精度,使步进电机在中、小功率应用领域向高速且精密化的方向发展。最初,对步进电机相电流的控制是由硬件来实现的,通常采用两种方法，采用多路功率开关电流供电,在绕组上进行电流叠加,这种方法使功率管损耗少,但由于路数多,所以器件多,体积大。先对脉冲信号叠加,再经功率管线性放大,获得阶梯形电流,优点是所用器件少,但功率管功耗大,系统功率低,如果管子工作在非线性区会引起失真、由于本身不可克服的缺点,因此目前已很少采用这两类方法。

步进电机的优势及缺陷

优点：

1、电机旋转的角度正比于脉冲数；

2、电机停转的时候具有最大的转矩（当绕组激磁时）；

3、由于每步的精度在百分之三到百分之五，而且不会将一步的误差积累到下一步因而有较好的位置精度和运动的重复性；

4、优秀的起停和反转响应；

5、由于没有电刷，可靠性较高，因此电机的寿命仅仅取决于轴承的寿命；

6、电机的响应仅由数字输入脉冲确定，因而可以采用开环控制，这使得电机的结构可以比较简单而且控制成本；

7、仅仅将负载直接连接到电机的转轴上也可以极低速的同步旋转；

8、由于速度正比于脉冲频率，因而有比较宽的转速范围。

缺陷：

1、如果控制不当容易产生共振；

2、难以运转到较高的转速；

3、难以获得较大的转矩；

4、在体积重量方面没有优势，能源利用率低；

5、超过负载时会破坏同步，高速工作时会发出振动和噪声。

步进电机的选型

步进电机有步距角（涉及到相数）、静转矩、及电流三大要素组成。 一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。

1、步距角的选择 电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度（包括减速）。电机的步距角应等于或小于此角度。

2、静力矩的选择 步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动时（一般由低速）时二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行进只要考虑摩擦负载。一般情况下，静力矩应为摩擦负载的2-3倍内好，静力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来（几何尺寸）。

3、电流的选择 静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图，判断电机的电流。

步进电机的使用注意事项

1、步进电机应用于低速场合---每分钟转速不超过600转

2、步进电机最好不使用整步状态，整步状态时振动大；

3、由于历史原因，只有标称为12V电压的电机使用12V外，其他电机的电压值不是驱动电压伏值 ，可根据驱动器选择驱动电压，当然12伏的电压除12V恒压驱动外也可以采用其他驱动电源， 不过要考虑温升；

4、转动惯量大的负载应选择大机座号电机；

5、电机在较高速或大惯量负载时，一般不在工作速度起动，而采用逐渐升频提速，一电机不失步，二可以减少噪音同时可以提高停止的定位精度；

6、高精度时，应通过机械减速、提高电机速度,或采用高细分数的驱动器来解决，也可以采用5相电机，不过其整个系统的价格较贵，生产厂家少，其被淘汰的说法是外行话；

7、电机不应在振动区内工作，如若必须可通过改变电压、电流或加一些阻尼的解决；

8、应遵循先选电机后选驱动的原则。

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