西门子模块6ES7211-0BA23-0XB0规格说明
步进的控制
步进电动机绕组是按一定通电方式工作的，为实现这种轮流通电，需将控制脉冲按规定的通电方式分配到电动机的每相绕组。这种分配既可以用硬件来实现，也可以用软件来实现。实现脉冲分配的硬件逻辑电路称为环行分配器。在计算机数字控制系统中，采用软件实现脉冲分配的方式相应称作软件环分。
硬件环形分配器：
硬件环形分配器需要根据步进电动机的相数和要求的通电方式设计，图为一个三相六拍的环形分配器。
分配器的主体是三个j-k触发器。三个j-k触发器的q输出端分别经各自的功放线路与步进电动机a、b、c三相绕组连接。当qa＝1时，a相绕组通电；qb＝1时，b相绕组通电；qc＝1时，c相绕组通电。w＋△x和w－△x是步进电动机的正反转控制信号。
正转时，各相通电顺序：
a－ab－b－bc－c－ca
反转时，各相通电顺序：
a－ac－c－cb－b－ba
软件环分：
对于不同的计算机和接口器件，软件环分有不同的形式，现以at89c51配置的系统为例加以说明。
1） 由p1口作为驱动电路的接口
控制脉冲经at89c51的并行i/o接口p1口输出到步进电动机各相的功率放大器输入，设p1口的p1.0输出至a相，p1.1输出至b相，p1.2输出至c相。
2）建立环形分配表
为了使电动机按照如前所述顺序通电，必须在存储器中建立一个环形分配表，存储器各单元中存放对应绕组通电的顺序数值，当运行时，依次将环形分配表中的数据，也就是对应存储器单元的内容送到p1口，使p1.0、p1.1、p1.2依次送出有关信号，从而使电动机轮流通电。表为三相六拍环形分配表，k为存储器单元基地址（十六位二进制数），后面所加的数为地址的索引值。
可见，要是电动机正转，只需依次输出表中各单元的内容即可。当输出状态已是表底状态时，则修改索引值使下次输出重新为表首状态。如要使电动机反转，则只需反向依次输出各单元的内容。当输出状态达到表首状态时，则修改指针使下一次输出重新为表底状态
按调节理论分类
1.开环伺服系统
开环伺服系统即无位置反馈的系统，其驱动元件主要是功率或液压脉冲马达。这两种驱动元件的工作原理的实质是数字脉冲到角度位移的变换，它不用位置检测元件实现定位，而是靠驱动装置本身，转过的角度正比与指令脉冲的个数；运动速度由进给脉冲的频率决定。
开环伺服系统的结构简单，易于控制，但精度差，低速不平稳，告诉扭矩小。一般用于轻载负载变化不大或经济型上。
2.闭环伺服系统
闭环伺服系统是误差控制随动随动系统。数控机床进给系统的误差，是cnc输出的位置指令和机床工作台（或刀架）实际位置的差值。闭环系统运动执行元件不能反映运动的位置，需要有位置检测装置。该装置测出实际位移量或者实际所处的位置，并将测量值反馈给cnc装置，与指令进行比较，求得误差，依次构成闭环位置控制。
由于闭环伺服系统是反馈控制，反馈测量装置精度很高，系统传动链的误差，环内各元件的误差以及运动中造成的误差都可以得到补偿，从而大大提高了跟随精度和定位精度。
3.半闭环系统
位置检测元件不直接安装在进给坐标的终运动部件上，而是中间经过机械传动部件的位置转换，称为间接测量。亦即坐标运动的传动链有一部分在位置闭环以外，在环外的传动误差没有得到系统的补偿，这种伺服系统的精度低于闭环系统。
半闭环和闭环系统的控制结构是一致的，不同点只是闭环系统环内包括较多的机械传动部件，传动误差均可被补偿。理论上精度可以达到很高。但由于受机械变形、温度变化、振动以及其它因素的影响，系统稳定性难以调整。机床运行一段时间后，由于机械传动部件的磨损、变形以及其它因素的改变，容易使系统稳定性改变，精度发生变化。目前使用半闭环系统较多。只在具备传动部件紧密度高、性能稳定、使用过程温差变化不大的高精度数控机床上使用全闭环伺服系统。
按使用直流和交流伺服电机分按使用驱动元件分类
1.电液伺服系统
电液伺服系统的执行元件是液压元件，其前一级为元件。驱动元件为液压机和液压缸，常用的有电液脉冲马达和电液伺服马达。数控机床发展的初期，多数采用电液伺服系统。电液伺服系统具有在低速下可以得到很高的输出力矩，以及刚性好、时间常数小、反映快和速度平稳等优点。液压系统需要油箱、油管等供油系统，体积大。还有噪声、漏油等问题，故从20世纪70年代起逐步被电气伺服系统代替。只是具有特殊要求时才采用电液伺服系统。
2.电气伺服系统
电气伺服系统全部采用器件和电机部件，操作维护方便，可靠性高。电气伺服系统中的驱动元件主要有步进电机和交流伺服电机。它们没有液压系统中的噪声、污染和维修费用高等问题，但反应速度和低速力矩不如液压系统高，现在电机的驱动线路、电机本身的结构都得到很大的改善，性能大大提高，已经在更大的范围取代液压伺服系统。
1.直流伺服系统
直流伺服系统常用的伺服电机有小惯量直流伺服电机和永磁直流伺服电机（也称为大惯量宽调速直流伺服电机）。小惯量伺服电机大限度地减少了电枢的转动惯量，能获得好的快速性。小惯量伺服电机一般都设计成有高的额定转速和低的惯量，应用时，要经过中间机械传动（如齿轮副）才能与丝杠相连接。
2.交流伺服系统
交流伺服系统使用交流异步伺服电机和永磁同步伺服电机。由于直流伺服电机存在着固有的圈点，使其应用环境受到限制。交流伺服电机没有这些缺点，且转子惯量较直流电机小，使得动态响应好。在同体积条件下，交流电机的输出功率可比直流电机提高10％～70％。还有交流电机的容量可以比直流电机造的大，达到更高的转速和电压。
按进给驱动和主轴驱动分类
1.进给伺服系统
进给伺服系统是指一般概念的伺服系统，它包括速度控制环和位置控制环。进给伺服系统完成各坐标轴的进给运动，具有定位和轮廓跟踪功能。
2.主轴伺服系统
严格来说，一般的主轴控制只是一个速度控制系统。主要实现主轴的旋转运动，提供切削过程中的转矩和功率，且保证任意转速的调节，完成在转速范围内的无极变速。具有c轴控制的主轴与进给伺服系统一样，为一般概念的位置伺服控制系统
1、的基本特点
反应式步进转速只取决于脉冲频率、转子齿数和拍数，而与电压、负载、温度等因素无关。步进电动机工作时的步数或转速既不受电压波动和负载变化的影响（在允许的负载范围内），也不受环境条件（温度、压力、冲击、和振动等）变化的影响，只与控制脉冲同步，它又能按照控制的要求进行启动、停止、反转或改变速度，这就是它被广泛的应用于各种数字控制系统中的原因。
2、距角特性
距角特性是反映步进电动机电磁转矩t随偏转角 变化的关系。这一特性反映了比较电动机带负载的能力，它是电动机的主要的性能指标之一。
步进电机的运行性能
3、静特性
所谓静态是指步进电动机不改变通电状态，转子不动时的状态。步进电动机的静态特性主要指静态矩角特性和大静转矩特性.。
1.静态矩角特性
描述步进电动机静态时电磁转矩t与失调角之间关系的特性曲线称为矩角特性。
步进电动机矩角特性 步进电动机大静转矩特性
2.大静态转矩
矩角特性上电磁转矩的大值称为大静态转矩。它与通电状态及绕组内电流的值有关。在一定通电状态下，大静转矩与绕组内电流的关系，称为大静转矩特性。当控制电流很小时，大静转矩与电流的平方成正比地增大，当电流稍大时，受磁路饱和的影响，大转矩tmax上升变缓，电流很大时，曲线趋向饱和。
3、动特性
步进电动机运行时总是在和机械过渡过程中进行的，对它的动特性有很高的要求，步进电动机的动特性将直接影响到系统的快速响应以及工作的可靠性。它不仅与电动机的性能和负载性质有关，还和的特性及通电的方式有关，其中有些因素还是属于非线性的，
要进行jingque的分析较为困难，通常只能采用近似的方法来研究。
1.步进运行状态时的动特性
开始时，步进电动机的矩角特性为曲线①所示，若电动机空载，则转子稳定在ol点处。加一个脉冲，通电状态改变，矩角特性曲线变成曲线②，转子将稳定在新的稳定点o2。若电动机带负载，先假设负载转矩为t1，则在初始状态时电动机的稳定位置是曲线①上的01'点。在改变通电状态的瞬间，转子位置还未来得及改变，而其受到的电磁转矩已是矩角特性曲线②上的02'，如果开始负载转矩相当大，如图中t2，则转子起点为曲线①的01''点。当通电状态改变时，02''为新稳定点运动，tmax为步进电动机的大静转矩。曲线①和曲线②的交点转矩tq是步进电动机能带动的负载转矩极限值，有时称tq为步进电动机的起动转矩。在大静转矩相同的条件下，相数增大时，因曲线的交点tq较高，步进电动机带负载能力也相应增大。
用矩角特性分析单步运动状态
步进电动机转子运动的过渡过程
2.连续运行状态时的动特性
当控制绕组的电脉冲频率增高，相应的时间间隔也减小，以至小于电动机机电过渡过程所需的时间。若电脉冲的间隔小于图中的时间t1，当脉冲由绕组a相切换到b相，再切换到c相，这时转子从定子a极起动，移到定子b极，还来不及回转，c相已经通电，这样转子将继续按原方向转动，形成连续运行状态。实际上，步进电动机大都是在连续运行状态下工作的。在这样运行状态下电动机所产生的转矩称为动态转矩。
(1) 矩频特性
步进电动机的大动态转矩和脉冲频率的关系，即tdm=f(f )，称为矩频特性，如图所示。
步进电动机矩频特性 起动频率与负载的关系
在图中可以看出，步进电动机的大动态转矩将小于大静转矩，并随着脉冲频率的升高而降低．
(2) 高工作频率
步进电动机的高工作频率是指电动机按指令的要求进行正常工作时的大脉冲频率。
所谓正常工作就是说步进电动机不失步地工作，即一个脉冲就移动一个步距角。
步进电动机的工作频率，通常分为启动频率、制动频率及连续工作频率。—般步进电动机的技术参数中只给出起动频率和连续工作频率。
步进电动机的起动频率f0是指它在一定的负载转矩下能够不失步地起动的高频率。起动频率的大小是由许多因素决定的，绕组的时间常数越小，负载转矩和转动惯量越小，步矩角越小，则起动频率越高，如图所示。步进电动机的连续工作频率，又称运行频率。它是指步进电动机启动后，当控制脉冲连续发出时，能不失步运行的高频率。影响运行频率的因素与影响起动频率的因素基本上相同，转动惯量对运行频率的影响不像对起动频率的影响那么明显，它仅影响到频率连续上升的速度。