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步进电机的细分控制

为什么需要步进电机的细分控制？

步进电机由于受到自身制造工艺的限制，如步距角的大小由转子齿数和运行拍数决定，但转子齿数和运行拍数是有限的，因此步进电机的步距角一般较大并且是固定的，从而导致步进的分辨率低、缺乏灵活性、在低频运行时振动，噪音比其他微电机都高，使物理装置容易疲劳或损坏。以上缺点使步进电机只能应用在一些要求较低的场合，对要求较高的场合，只能采取闭环控制，增加了系统的复杂性，这些缺点严重限制了步进电机作为优良的开环控制组件的有效利用，而步进电机的细分驱动技术在一定程度上有效地克服了这些缺点。步进电机的细分控制

步进电机细分驱动技术的发展

步进电机细分驱动技术是七十年代中期发展起来的，是一种可以显著改善步进电机综合使用性能的驱动技术。美国学者、首次在美国增量运动控制系统及器件年会上提出步进电机步距角细分的控制方法，在其后的二十多年里，步进电机细分驱动得到很大的发展，逐步发展到上世纪九十年代完全成熟的。我国对步进电机细分驱动技术的研究，起步时间与国外相差无几。步进电机细分驱动技术在九十年代中期的到了较大的发展，主要应用在工业、航天、机器人、精密测量等领域，如跟踪卫星用光电经纬仪、军用仪器、通讯和雷达等设备。步进电机细分驱动技术的广泛应用，使得电机的相数不受步距角的限制，为产品设计带来了方便。

步进电机的细分控制的原理

电机内部磁场每旋转一个圆周, 步进电机前进一整个步距角，若四相步进电机按A→B→C→D→A 的顺序轮流通电, 即整步工作, 磁场分四拍旋转, 每次电流换向, 步进电机将前进整步距角的1/4。而按A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A 的顺序轮流通电, 即半步工作, 每次电流换向, 步进电机将前进整步距角的1/8。但是, 如果半步工作状态下每拍前进的角度超过控制精度要求, 则需要对步距角进行更进一步的细分。电磁力的大小跟绕组通电电流的大小是相关的，当通电相的电流不马上到达峰值，而断电相的电流也不立。即降为零时，电机内部磁场为上两相电流共同合成，而产生的磁场合力，会使转子有一个新的平衡位置，这个新的平衡位置在原步距角的范围内。也就是说，如果绕组电流的波形不再是一个近似方波，而是分成N个阶梯的近似阶梯波，则电流每升或者降一个阶梯时，转子转动一小步。当转子按照这个规律转过N小步时，实际相当于它转过一个步距角，这种将一个步距角分成若干小步的驱动方法，称为细分驱动。

不常用的步进电机的细分控制方法

1、最初对步进电机相电流的控制是由硬件来实现的，通常采用两种方法，采用多路功率开关电流供电，在绕组上进行电流叠加，这种方法使功率管损耗少，但由于路数多，所以器件多，体积大。 2、先对脉冲信号叠加，再经功率管线性放大，获得阶梯形电流，优点是所用器件少，但功率管功耗大，系统功率低，如果管子工作在非线性区会引起失真、由于本身不可克服的缺点。因此目前已很少采用这两类方法。