步进电机、舵机、直流电机电机的原理

做一个小东西需要用到步进电机，百度上的资料大多只是教怎么接线，驱动代码怎么写，没看到详细分析步进电机原理的文章。然后在 Arduino stepper 发现了关于各种电机的资料，于是翻译并整理了一下。

首先简述下常见电机的原理和特点。

大多数电动机的电气原理：当导线通电时，导线周围产生磁场。通过在现有的磁场（如两个磁体之间）中放置带电的线圈，线圈安装在电机中间的旋转轴上，当线圈交替地被一个磁铁吸引并被另一个磁铁排斥时，就会持续进行圆周运动。

所有电感性负载（如电机，电磁铁和螺线管）都遵循相同的原则：通过将电流通过电线引起磁场，用它吸引或排斥磁性体。但是，当您在现有磁场中旋转线圈，会在导线中感应出电流。所以如果关闭正在旋转的电机，电机的线圈在磁场中旋转会在短时间内产生电流。该电流与产生的用于运行电机的电流方向相反。它被称为反向电压，它可能会损坏您的电子设备。通常情况下，通过在电机上安装一个二极管来消除反向电压。

直流电机

直流电机是最简单的电机。它有两个端子，加直流电源，电动机将朝一个方向旋转。把电源正负极反接，电机将以相反的方向旋转。通过切换端子的极性，可以改变电机的方向。通过改变提供给电机的电流，您可以改变电机的速度。直流电机通常非常快，可以达到每分钟旋转数千转（RPM）。

减速箱电机
减速箱电机是直流电机的一类。它们在包含一系列齿轮的电机顶部有一个盒子，可以减慢电机转速并增加转矩。当你不需要很高的速度时，它们非常有用。

舵机
舵机是减速箱电机的一种变体，与电位计结合，可以反馈电机的位置。舵机上的齿轮箱的齿轮连接到箱体内的电位计上，该电位器连接到RC电路中的电容器，以反馈角度。并通过对该RC电路进行脉宽调制（PWM），得到差分电压信号给电机电源转动。当电动机转动时，它会改变RC电路的电阻，从而获得新的差分信号给电动机供电。

不同于大多数直流电机和减速机电机，舵机有三根电线，前两个是电源和接地，第三个是控制线，用于设置舵机的位置。与直流电机不同，您不必颠倒电源连接的极性来反转其方向。

模拟舵机是小型项目中最常用的类型，通常每18-20毫秒需要1-2毫秒的脉冲。它们根据脉冲宽度旋转0到180度。 1毫秒的脉冲将使电机转为0度; 2毫秒将把它变成180度。即使舵机不转动，它也需要每隔18-20毫秒得到一个脉冲，以保持在当前位置，因此，一旦将舵机转动到新的位置，必须保持相同脉冲宽度。

步进电机
步进电机与普通直流电机不同，它们不会持续转动，而是一步步地移动。步进电机是由一系列电磁线圈控制的电机，中心轴有一系列安装在其上的磁体，围绕轴的线圈交替地供电或断电，产生磁场，排斥或吸引轴上的磁体，使电机一步步地旋转。
这种设计可以对电机进行非常精确的控制：通过适当的脉冲，可以非常精确地设置步距角（例如，2度，0.5度等）。它们用于打印机，磁盘驱动器和其他需要精确定位电机的设备。步进电机通常比直流电机移动速度慢得多，因为步进速度取决于脉冲数（典型值是每秒5-600个），但与直流电机不同，步进电机通常在低速时提供更大的转矩，它们对于移动精确的距离非常有用，而且，步进电机在停止时具有非常高的转矩，因为电机绕组像制动器一样将电机固定在位。
要控制步进电机，必须有一个步进驱动器，以正确的顺序激励线圈，使电机向前移动。

首先要了解步进电机的接线。最常见的类型是单极步进电机，具有六根导线和四个线圈（实际上只有两个线圈，每个线圈由中心导线分成等效两个）。可以用万用表测量电线并测量一根导线与另一根导线之间的电阻。每个线圈的外导线都有一个确定的电阻，是中心线与两条外部导线之间电阻的两倍，如下图所示：

例如：如果电线1和5之间的电阻是x欧姆，则1和2之间的电阻是2x欧姆。两条未连接的导线（例如1和3,4或6）电阻无穷大。当你在线圈的两根线上施加电压时（例如1到2或3到4），你会发现电动机很难转动（不要强迫它，这对电动机不利）。

像其他电机一样，步进电机需要的功率比单片机可以提供的功率更大，因此需要一个独立电源。理想情况下，您将知道制造商提供的电压，但如果不知道，请获取可变DC电源，施加最小电压（希望为1V左右），在线圈的两根线上施加电压（例如1至2或3至4 ）并慢慢升高电压，直到电机难以转动。这样可能会损坏电机，所以不要太过分。步进电机的典型电压可能是5V，9V，12V，24V。高于24V并不常见，坦率地说，最好不要猜测。
要控制步进电机，需要按照特定顺序对每个线圈施加电压。对于不同类型的步进电机，这个顺序是不同的，但对于如上所述的四相单极步进电机，相序如下所示：

step	wire 1		wire 3	wire 4
1	High	low	high	low
2	low	high	high	low
3	low	high	low	high
4	high	low	low	high

注意：电线5和6连接到电源电压。

通常情况下，通过将4相线连接到一个良好的功率晶体管或MOSFET，以及2根公共线连接到电源电压来驱动步进电机，如下所示：

在这个图中，晶体管是TIP120达林顿晶体管。采用Allegro Micro的ULN2003或ULN2004是一种方便的方法。
一旦电机在一个方向上步进，反向只需按相反的相序。知道每步有多少度数，并乘以步数就可以知道位置。举例来说，如果你有一个2度步进器，并且它转动了180步，那么它将变成2 x 180度，或者360度，或者一整圈。

有关步进电机控制的更多技术讨论，请参阅Douglas W. Jones的“步进电机控制”教程。

步进电机、舵机、直流电机电机的原理相关推荐

小型云台用的是什么电机_直流电机的工作原理是什么？未来的电动车都会用直流电机吗？...
说起直流电机,其实我们每个人,每天都在用. 是吗? 别惊讶,是的. 手机,我们每天都在用,有消息或者有电话时,手机就开始振动. 这个振动就是用直流电机来实现的. 当然,直流电机在其他领域中也有很多应用 ...
步进电机与直流电机（有刷无刷）的优缺点，与伺服电机区别
1.步进/有刷/无刷小型电机的区别?记住这张表!_参考_特性_的特点 2.一文看懂有刷.无刷电机,步进电机基础知识 3.步进电机与直流电机的优缺点,与伺服电机区别 - 伺服与控制 - 电子发烧友网 4 ...
均质机工作原理动画_3D动画演示：有刷直流电机的工作原理
点上面蓝色字体直观学机械可长期订阅我们法律顾问:赵建英律师下面这张图是电机的分类,在看完这张图后,大家基本也就知道咱们今天说的有刷电机具体属于哪一类了. 下面这个是LearnEngineering ...
有刷直流电机的工作原理及控制电路
有刷直流电机的工作原理及控制电路引言入题 1.定子 2. 转子 3. 电刷与换向器微型有刷直流电机的类型 1. 微型永磁体有刷直流电机 2. 并激有刷直流电机 3. 串激有刷直流电机 4. 复激 ...
总结篇：STM32舵机、电机的驱动OSBoat电路逻辑的梳理
历经了前前后后一个月的学习,算是对STM32板子有了最最最基础的理解.对于我个人而言,最为直接的应用方式就是控制电机.正好前段时间刚学完PWM,加上今天又对于老项目OSBoat控制部分有了新的认识,于 ...
第3章直流电机的工作原理及特性学习笔记（一）
本周主要学习了直流电机的基本结构及工作原理,需要复习到的知识主要有电磁感应定律和电磁力定律,即安培定律.法拉第定律.洛伦兹定律. 一.基本结构根据工作原理,直流电机的组成可分为定子.转子和换向器三部 ...
音圈电机工作原理与直线电机的对比
图片来自:什么是音圈电机?如何工作的?如何应用于相机镜头调焦? - 知乎目录 1. 什么是音圈? 2．音圈电机(VCM,Voice Coil Motor)结构及原理 2.1 音圈电机工作原理 2.2 ...
STM32 PWM输出原理和直流电机PWM驱动原理详解及例程
这次讲一讲STM32输出PWM的原理以及PWM可以作为信号传输数据的原理. PWM会有很多地方用到,有控制灯的亮度,控制电机,控制舵机或者其他一些外设,有时候你的单片机所输出的PWM是作为信号去控制, ...
小小舵机，大大玄机！常见常用舵机私服电机参数汇总
目录什么是舵机? 伺服控制硬件连接舵机规格 SG90 MG90S MG996R 总结什么是舵机? 舵机是伺服电机的一种,伺服电机就是带有反馈环节的电机,我们可以通过伺服电机进行精确的位置控制或 ...
原理 rpm_图文详解，微型直流电机的工作原理
导语:微型电机是通过将电能转化为机械能,通过运转提供动力源.不少产品需求较大的启动扭矩,微型直流电机有高扭矩特性,能应用在扭矩大的产品,并且电机的转速可以调整.适应负载,所以微型直流电机一直应用非常广 ...

步进电机、舵机、直流电机电机的原理

直流电机

步进电机、舵机、直流电机电机的原理相关推荐

最新文章

热门文章