摘要：步进电机作为精确控制领域的重要执行元件，广泛应用于工业自动化、数控机床及机器人等系统中。本文以和利时 42BYG250CK 两相混合式步进电机为研究对象，探讨基于 PWM（脉宽调制）模式的控制方法。通过分析步进电机的结构与工作原理，结合 PWM 信号的频率与占空比调节，设计了适用于该型号电机的驱动控制系统。合理的 PWM 参数设置显著提高了电机响应速度和控制精度，有效抑制了振动和失步现象。

关键词：步进电机；PWM 控制；和利时 42BYG250CK；驱动系统；

引言：步进电机凭借其开环控制的简便性及精确定位能力，成为多种自动化设备的首选执行器。传统步进电机控制多依赖脉冲信号直接驱动，受限于转速和稳定性。随着电子技术的发展，PWM 控制技术因其调速灵活、效率高和响应快的优点，在步进电机驱动中逐渐应用。特别是针对和利时 42BYG250CK 这类两相混合式步进电机，采用 PWM 方式可以更好地控制电流，实现细分步进与高频驱动，提升性能指标。本文将从理论分析、系统设计及实验验证三个方面，深入探讨 PWM 模式在该步进电机控制中的应用。

一、步进电机与 PWM 控制基础

（一）步进电机基本原理

步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移的执行元件，其核心原理是通过电磁线圈依次通电产生磁场，驱动转子按照固定的步距角逐步旋转。和利时 42BYG250CK 为典型的两相混合式步进电机，结合了永磁和变磁阻步进电机的优点，具有较高的转矩和定位精度[1]。该电机的步距角为 1.8^∘ °，意味着转子旋转一整圈需经过 200 个固定步进位置。步进电机的驱动方式包括整步驱动、半步驱动和微步驱动。整步驱动通过依次激励两相绕组，实现标准的步进角移动；半步驱动则在两相通电与单相通电间交替，步距角减半，提升分辨率；微步驱动进一步通过精细控制相电流的相对大小，实现更细致的步进，从而大幅提高定位精度和平滑度。

:Ξ) PWM 控制技术

PWM（脉宽调制）是一种通过调整脉冲信号的占空比来控制平均电压和电流的技术。在步进电机控制中，PWM 技术主要用于调节驱动器向电机线圈供电的电流大小，确保实现恒流驱动，提升电机性能。恒流驱动有助于稳定电机转矩输出，减少因电流波动引发的振动和噪声。同时，PWM 频率和占空比的设计直接影响电机的运行效率和热量产生。合理的 PWM 频率可以有效减少电流纹波和电磁干扰，防止电机过热，提高驱动器工作稳定性。占空比的调节则控制线圈电流的平均值，实现对电机转矩的精细调节。

二、和利时 42BYG250CK 电机参数分析

和利时 42BYG250CK 是一款典型的 42 毫米尺寸两相混合式步进电机，广泛应用于工业自动化、数控设备以及精密仪器等领域。该电机的额定电流为 1.5 安培，能够提供约 0.54 牛米的保持力矩，具有较强的驱动力和良好的动态响应性能。其电机线圈电阻约为 2 欧姆，结合电感参数决定了驱动电流的变化速率和驱动电路的设计要求。步距角为 1.8 度，意味着转子每接受一个脉冲信号便旋转 1.8 度，完整旋转一圈需 200 步，这使其具备较高的定位精度。

机械结构方面，42BYG250CK 体积紧凑、重量适中，适合多种工业自动化场景中对空间和性能的双重要求。电气性能方面，该电机对电流的稳定性要求较高，若驱动电流波动较大，易导致转矩不稳，产生振动甚至失步现象。因而，采用恒流 PWM 驱动方案尤为重要，通过 PWM 调节线圈电流的占空比，实现对电流的精确控制和保持，确保电机运行的平稳性和精度。

三、PWM 驱动系统设计

（一）硬件架构

本 PWM 驱动系统设计以 STM32 系列微控制器为核心控制单元，利用其高精度定时器生成 PWM脉冲信号，精确控制步进电机的步进频率和转速。STM32 通过输出 PWM 信号至驱动模块的 STEP 端口，控制电机每一步的脉冲触发频率，从而决定转子的转速。DIR 端口负责设定电机的旋转方向，通过高低电平控制正转或反转。使能端（EN）则用于启用或关闭电机驱动，保证系统在需要时才工作，节省能耗并保护电机。驱动模块选用广泛应用的 A4988 步进驱动器，支持细分步进控制，配合恒流 PWM 控制保证电机电流稳定[2]。系统电源采用 24 伏直流电源，满足驱动器的电压及电流需求，保证电机运行的稳定性与可靠性。整体硬件架构实现了控制信号、驱动电源与执行单元的良好协同，为精

确调速和高效运行奠定基础。

（二）控制策略

步进电机转速由 PWM 信号的频率直接决定，较高频率对应更快的步进速度。控制系统通过调整PWM 频率灵活调节电机转速，满足不同工作负载的需求。与此同时，电机线圈电流的稳定性通过 PWM 占空比的调节得到保证，采用恒流控制策略，避免电流波动导致的转矩不稳和振动[3]。占空比的动态调节能够精细控制线圈电流大小，从而实现平稳启动与运行。为防止快速启动引发的失步和机械冲击，系统引入了斜坡加减速算法，缓慢调整 PWM 频率，平滑改变电机转速，减小机械应力，提高系统可靠性。该控制策略兼顾了响应速度与控制精度，有效提升步进电机的整体性能和工作寿命，适用于要求高精度和动态性能的应用场景。

四、实验与结果分析

（一）实验平台

实验平台采用 STM32 微控制器作为控制核心，生成精准的 PWM 信号驱动 A4988 步进电机驱动模块，控制和利时 42BYG250CK 电机的转动。电机安装在实验支架上，方便测量转速和观察运行状态。示波器用于实时监测 PWM 信号的频率和占空比，确保输出信号满足设计参数。电流传感器采集电机线圈电流数据，验证 PWM 控制对电流稳定性的影响。电源部分使用稳定的 24 伏直流电源，确保系统供电稳定。通过此平台，可以对 PWM 频率和占空比变化对电机性能的影响进行全面测试，为优化控制参数提供数据支持。

（二）测试内容

测试内容包括观察 PWM 频率对电机转速的调节效果，验证电流稳定性，以及评估负载变化对电机运行的影响。采用不同频率的 PWM 信号驱动电机，测量电机转速的变化趋势。通过改变占空比，调节线圈电流，观察其对转矩和振动的影响。模拟不同机械负载条件，考察电机在负载变化时的运行稳定性和响应速度。测试采用细分步进模式，分析其对定位精度的提升作用。斜坡加减速控制策略被用来启动和停止电机，验证其对振动抑制和防止失步的效果。

（三）结果分析

测试结果显示，合理设置 PWM 频率使电机能够在不同转速下平稳运行，频率范围内电机响应迅速且无明显失步现象。占空比调节实现了电流的精确控制，确保了电机转矩的稳定输出，降低了振动和噪声。负载变化时，电机运行依然保持良好稳定性，响应速度快速，显示出较强的适应能力。斜坡加减速算法有效减缓了加速和减速过程中的机械冲击，减少了振动，有利于保护电机和机械结构。实验验证了 PWM 控制策略能够提升步进电机的动态性能和使用寿命，为其在高精度自动化领域的应用提供坚实保障。

五、结论

本文系统研究了基于 PWM 控制的步进电机驱动方案，针对和利时 42BYG250CK 电机进行了详细分析与实验验证。结果显示，PWM 模式能够有效提高电机的控制精度和动态响应，增强系统的稳定性。未来工作将聚焦于闭环控制策略和智能调速算法，进一步提升步进电机的性能和应用范围。

参考文献

[1]燕婧婧.步进电机控制系统的设计及应用探析[J].数字技术与应用,2024,42(07):44-46.

[2]郑雪钦,郭东辉.基于混合模式PWM 二相步进电机驱动控制的研究[J].系统仿真学报,2012,24(02):456-461.

[3]徐洪香,杨韶锋,侯涛.基于混合 PWM 模式的步进电机的研究[J].山东煤炭科技,2010,(02):116+1

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