（3）虚线框图3是一个长延时电路。U5A是一个比较器，Rs1是采样电阻，VRBF2是电机过流电压。Rs1上电压大于VREF2，电机过流，U5A输出低电平。由上面可知，框图1控制电机正反转，框图2控制炉体压强的纹波大小。当炉体压强太小或太大时，电动机转到两端固定位置停止，根据直流电机稳态运行方程[3]： U＝CeФN＋RaIa
其中:Ф为电机每极磁通量； Ce为电动势常数； N为电机转数； Ia为电枢电流； Ra电枢回路电阻。
电机转数N为0，电机的电流急剧增加，时间过长将会使电机烧坏。但电机起动时，电机中线圈中的电流也急剧变大，因此我们必须把这两种状态分开。长延时电路可把这两种状态区分出来。长延时电路工作原理：当Rs1过流U5A产生一个负脉冲经过微分后，脉冲触发555的2脚，电路置位，3脚输出高电平，由于放电端7脚开路，C1，R5及U6A组成积分器开始积分，电容C1上的充电电压线性上升，延时运放积分常数为100R5C1。当C1上充电电压，即6脚电压超过2／3 VCC，555电路复位，输出低电平。电机启动时间一般小于0．8 s，C1充电时间一般为0．8～1 s。U5A输出电平与555的3脚输出电平经U7相或，如果U5A输出低电平大于C1充电时间，U7在C1充电后输出低电平由与门U8输入到L298N的6脚ENA端使电机停止。如果U5A的输出电平小于C1充电时间，6脚不动作电机的正常启动。长延时电路吸收电机启动过流电压波形，从而使电机正常启动。1、15脚是输出电流反馈引脚，在通常使用中这两个引脚也可以直接接地。图8是其引脚图： 3、步进电机的静态指标术语
相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数，常用m表示。
拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲
数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。
步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。θ=360度（转子齿数J*运行拍数），
以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为θ=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360度/（50*8）=0.9度（俗称半步）。
定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的）
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静转矩：电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。此力矩是衡量电机
体积（几何尺寸）的标准，与驱动电压及驱动电源等无关。
虽然静转矩与电磁激磁安匝数成正比，与定齿转子间的气隙有关，但过份采用减小气隙，增加激磁安
匝来提高静力矩是不可取的，这样会造成电机的发热及机械噪音。 4、步进电机动态指标及术语
1、步距角精度： 步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。用百分比表示：误差/步距角
*100%。不同运行拍数其值不同，四拍运行时应在5%之内，八拍运行时应在15%以内。
2、失步： 电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。称之为失步。
3、失调角： 转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生的误差，采
用细分驱动是不能解决的。
4、最大空载起动频率：电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接起
动的最大频率。
5、最大空载的运行频率：电机在某种驱动形式，电压及额定电流下，电机不带负载的最高转速频率。 6、运行矩频特性：电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线称为运行矩频特性，这是电机诸多动态曲线中最重要的，也是电机选择的根本依据。如图9所示：
其它特性还有惯频特性、起动频率特性。
电机一旦选定，电机的静力矩确定，而动态力矩却不然，电机的动态
力矩取决于电机运行时的平均电流（而非静态电流），平均电流越大，电机输出力矩越大，即电机的频率特性越硬。如图10所示：
其中，曲线3电流最大、或电压最高;曲线1电流最小、或电压
最低，曲线与负载的交点为负载的最大速度点。
要使平均电流大，尽可能提高驱动电压，使采用小电感大电流的电机。
7、电机的共振点： 步进电机均有固定的共振区域，二、四相感
应子式步进电机的共振区一般在180-250pps之间（步距角1.8度）或在400pps左右（步距角为0.9度），电机驱动电压越高，电机电流越大，负载越轻，电机体积越小，则共振区向上偏移，反之亦然，为使电机输出电矩大，不失步和整个系统的噪音降低，一般工作点均应偏移共振区较多。
数字测速
检测光电式旋转编码器与转速成正比的脉冲，然后计算转速，有三种数字测速方法：即M法、T法和M/T法。
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光电式旋转编码器是转速或转角的检测元件，旋转编码器与电机相连，当电机转动时，带动码盘旋转，便发出转速或转角信号。如图11所示。
数字测速指标
发光VCC1．分辨率
改变一个计数字所对应的转速变化量来表示分辨率，用符号Q表示。转速由n1变为n2时，引起记数值改变了一个字，
装置接收装置轴则该测速方法的分辨率是Q?n2?n1。Q越小，说明该测速方法的分辨能力越强。 2．测速误差率
转速实际值和测量值之差?n与实际值n之比定义为测速误差率，?%?速方法的准确性，?%越小，准确度越高。
?nn码盘图11 数字测速装置原理图?100%，测速误差率反映了测
M法测速
测取Tc时间内旋转编码器输出的脉冲个数M1，用以计算这段时间内的平均转速，称作Ｍ法测速，图12所示。电机的转速为n?60M1ZTc r/min，
M1M法测速的分辨率：Q?60(M1?1)ZTc?60M1ZTc?60ZTc
TcM法测速误差率：
60M1 60(M1?1)ZTc ?100%?图12 M测速法原理图?max%?ZTc1M160M1ZTc?100%
M法测速适用于高速段，
T法测速
记录编码器两个相邻输出脉冲的间的高频脉冲个数M2，f0为高频脉冲频率，图13所示。 电机转速
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M2Tt?M2f0图13 T测速法n?60ZTt?60f0ZM2 r/min
T法测速的分辨率：
Q?60f0Z(M2?1)?60f0ZM2?60f0ZM2(M2?1)或Q?Zn260f0?Zn
Ｔ法测速误差率：
60f0 60f0ZM2?max%?Z(M2?1)60f0ZM2 ?100%?M12?1?100%
T法测速适用于低速段。
M/T法测速
把M法和T法结合起来，既检测TC时间内旋转编码器输出的脉冲个数M1，又检测同一时间间隔的高频时钟脉冲个数M2，用来计算转速，称作M/T法测速。采用M/T法测速时，应保证高频时钟脉冲计数器与旋转编码器输出脉冲计数器同时开启与关闭以减小误差。
M1电机转速n?图14所示
60M1ZTt? 60M1f0ZM2 r/min
M2Tc图14 M/T法测速原理图步进电机的闭环控制
步进电机的主要优点之一是能在开环系统中工作。在开环控制下，步进电机受连续脉冲间具有预订时间间隔的脉冲序列所控制。这种运行方式控制线路经济简单，不需反馈编码器和相应的电子线路，使步进电机获得更为广泛的应用。一般来说，步进电机具有什么样的性能，在很大程度上取决于用什么方法去控制它。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转矩而启动的，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10倍之多。
为了充分发挥电机的快速性能，通常使电机在低于启动频率下启动，然后逐步增加脉冲频率直到所希望的速度，所选择的变化速率要保证电机不发生失步，并尽量缩短启动加速时间。
为了保证电机的定位精度，在停止以前必须使电机从最高速度逐步减小脉冲率降到能够停止的速度(等于或
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稍大于启动速度)。因此，步进电机拖动负载高速移动一定距离并精确定位时，一般来说都应包括“启动-加速-高速运行(匀速)-减速-停止”五个阶段，速度特性通常为梯形，如果移动的距离很短则为三角形速度特性，如图1所示。
图15 步进电机的速度曲线
步进电机控制系统结构
单片机机在适当的时刻通过对计数器0赋初值，设置好加减速过程的频率变化(即速度、加速度变化)，以防止失步。例如，在点位控制中设置好速度曲线图，在起动和升速时，使步进电机产生足够的转矩驱动负载，跟上规定的速度和加速度;在减速时，下降特性使负载不产生过冲，停止在规定的位置。启动细分驱动电路中的固化程序以产生一定频率的脉冲，经功率放大后驱动步进电机运动。步进电机运动方向的改变及启动和停止均由计算机控制硬件控制电路实现。
图16 步进电机控制系统
步进电机升降速数学模型
为使步进电机在运行中不出现失步现象，一般要求其最高运行频率应小于(或等于)步进响应频率fs。在该频率下，步进电机可以任意启动、停止或反转而不发生失步现象。 步进电机升降速有两种驱动方式，即三角形与梯形驱动方式(见图15)，而三角形驱动方式是梯形驱动的特例，因而我们只要研究梯形方式。电机的加速和减速是通过计算机不断地修改定时器初值来实现的。在电机加速阶段，从启动瞬时开始，每产生一个脉冲，定时器初值减小某一定值，则相应的脉冲周期减小，即脉冲频率增加;在减速阶段，定时器初值不断增加，则相应的脉冲周期增大，脉冲频率减小，对应梯形脉冲频率特性的减速阶段。该设计的关键是确定脉冲定时tn，脉冲时间间隔即脉冲周期Tn和脉冲频率fn。假设从启动瞬时开始计算脉冲数，加速阶段的脉冲数为n，并设启动瞬时为计时起点，定时器初值为D1，定时器初值的减量为△。从加速阶段的物理过程
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