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图2-4 运动控制系统组成
在步进电机控制系统中运动执行部件为步进电机。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。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，它的旋转是以固定的角度一步一步运的。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，从而达到调速的目的。步进电机的运行要有一电子装置进行驱动，这种装置就是步进电机驱动器，它是把控制系统发出的脉冲信号，加以放大以驱动步进电机。步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比，控制步进脉冲信号的频率，可以对电机精确调速；控制步进脉冲的个数，可以对电机精确定位。因此典型的步进电机驱动控制系统主要由三部分组成： 步进控制器、驱动器(把控制器输出的脉冲加以放大，来驱动步进电机)、步迸电机[4]。不同的控制方案，步进控制器、驱动器也有不同的类型。在本论文第一章，已经对此作了介绍。下面着重介绍以单片机为控制器的步进电机控制系统。
步进电机是数控式电机，其最大特点是通过输入脉冲信号来进行控制，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。它具有输入脉冲与电机轴转角成比例的特征，将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。
本设计采用单片机为控制核心的控制系统如图2-5所示。
图2-5 单片机控制步进电机控制系统
前面已经介绍过，驱动脉冲的分配可以使用硬件方法，即用脉冲分配器实现。现在，脉冲分配器已经标准化、芯片化，市场上可以买到。但硬件方法结构复杂，成本也较高。使用单片机以软件方式驱动步进电机，不但可以通过编程方法，在一定范围内自由设定步进电机的转速、往返转动的角度以及转动次数等，而且还可以方便灵活地控制步进电机的运行状态，以满足不同用户的要求。因此，常把单片机步进电机控制电路称之为可编程步进电机控制驱动器。步进电机控制(包括控制脉冲的产生和分配)使用软件方法，即用单片机实现，这样既简化了电路，也降低了成本。
采用单片机来控制步进电机，实现了软件与硬件相结合的控制方法。用软件代替环形分配器，达到了对步进电机的最佳控制。系统中采用并行控制，用单片机接口线直接去控制步进电机各相驱动电路。通过软件的控制，单片机按顺序给绕组施加有序的脉冲电流，就可以控制电机的转动，从而实现数字一角度的转换。转动的角度大小与施加的脉冲数成正比，转动的速度与脉冲频率成正比，而转动方向则与脉冲的顺序有关。以三相步进电机为例，电流脉冲的施加共有3种方式。(1)单相三拍方式(按单相绕组施加电流脉冲)：一A—B—C一正转；一A—C—B一反转。(2)双相三拍方式(按双相绕组施加电流脉冲)：一AB—BC—CA一正转；一AC—CB—AB一反转。(3)三相优尔拍方式(单相绕组和双相绕组交替施加电流脉冲)：一A—AB—B—BC—C—CA一正转：一A—AC—C—CB—B—BA一反转[5]。
选择电机时，首先要根据机械对电力拖动提出的具体要求和工作情况来确定电机类型，然后根据机械的实际负载确定所需要的电机的容量。本设计采用三相混合式步进电机（HB），实现控制电机的上升高度。
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