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6. 第优尔章: 介绍了设计的试验结果，包括实验现象、测试数据及数据分析。
2 步进电机及其控制系统概述
2.1 步进电机的特点
步进电机又称脉冲电机或阶跃电机，国外一般称step motor或stepping motor、pulse motor、stepper motor等。
目前，随着电子技术、控制技术以及电动机本体的发展和变化，传统电机分类间的界面越来越模糊。就传统的步进电机来说，步进电机可以简单地定义为：
根据输入的脉冲信号，每改变一次励磁状态就前进一定角度或长度，若不改变励磁状态则保持一定位置而静止的电动机。从广义上讲，步进电机是一种受电脉冲信号控制的无刷直流电动机，也可看作是在一定频率范围内转速与脉冲频率同步的同步电动机。步进电机具有其自身的特色，归纳起来有：
1．可以用数字信号直接进行开环控制，整个系统简单廉价；
2．直接接收数字信号，不必进行数模转换，使用方便。
3．位移与输入脉冲信号数相对应，步距误差不长期积累，可以组成结构较为简单而又具有一定精度的开环控制系统，也可以要求更高精度时组成闭环控制系统；
4．无刷，电动机本体部件少，可靠性高；
5．易于起动、停止、正反转及变速，响应性也好；
6．停止时，可有自锁功能；
7．步距角选择范围大，可在几十角分至180度大范围内选择。在小步距情况下，通常可以在越低速下以高转矩运行，因而可以不经减速器直接驱动负载工作；
8．速度可以相当宽范围内平滑调节。同时用一台控制器控制几台步进电机可使它们完全同步运行；
9．不能直接使用普通的交流电源驱动。
2.2 步进电机分类
步进电动机的种类很多，从广义上讲，步进电机的类型分为机械式、电磁式和组合式三大类型。按结构特点电磁式步进电机可分为反应式(VR)、永磁式(PM)和混合式(HB)三大类；按相数分则可分为单相、两相和多相三种。目前使用最广泛的为反应式和混合式步进电机。
(1)反应式步进电机(Variable Reluctance，简称VR)反应式步进电机的转是由软磁材料制成的，转子中没有绕组。它的结构简单，成本低，步距角可以做得很小，但动态性能较差。反应式步进电机有单段式和多段式两种类型；
(2)永磁式步进电机(Permanent Magnet，简称PM)永磁式步进电机的转子是用永磁材料制成的，转子本身就是一个磁源。转子的极数和定子的极数相同，所以一般步距角比较大。它输出转矩大，动态性能好，消耗功率小(相比反应式)，但启动运行频率较低，还需要正负脉冲供电；
(3)混合式步进电机(Hybrid，简称HB)混合式步进电机综合了反应式和永磁式两者的优点。混合式与传统的反应式相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高，电流小，发热低。因永磁体的存在，该电机具有较强反电势，其自身阻尼作用比较好，使其在运转过程中比较平稳、噪声低、低频振动小。这种电动机最初是作为一种低速驱动用的交流同步机设计的，后来发现如果各相绕组通以脉冲电流，这种电动机也能做步进增量运动。由于能够开环运行以及控制系统比较简单，因此这种电机在工业领域中得到广泛应用。由于本设计设计目的更注重整个系统的有机结合，所以只采用反应式步进电机。
2.3 步进电机工作原理
图2-1是反应式步进电动机结构示意图，它的定子具有均匀分布的优尔个磁极，磁极上绕有绕组。两个相对的磁极组成一组。
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