步进电机细分驱动1

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1、实用标准文案4步进电机细分驱动4.1步进电机的分类[31]步进电机最早是在1920年代由英国人所开发。1950年代后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上,对于数字化的控制变得更为容易。往后经过不断改良,使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中,我们很容易发现步进电机的踪迹,尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。步进电机依其构造上的差异可分为三大类：(1)可变磁阻式(VR型)：转子以软铁加工成齿状,当

2、定子线圈不加激磁电压时,保持转矩为零,故其转子惯性小、响应性佳,但其容许负荷惯性并不大。其步进角通常为15°。(2)永久磁铁式(PM型)：转子由永久磁铁构成,其磁化方向为辐向磁化,无激磁时有保持转矩。依转子材质区分,其步进角有45°、90°及7.5°、11.25°、15°、18°等几种。(3)混和式(HB型)：转子由轴向磁化的磁铁制成,磁极做成复极的形式,其乃兼采可变磁阻式步进电机及永久磁铁式步进电机的优点,精确度高、转矩大、步进角度小。目前市场上所使用的工业用步进电机,以混和式(HB型)最为普遍。4.2步进电机工作原理(a)(b)(c)图4.1

3、四相可变磁阻型步进电机结构示意图精彩文档实用标准文案图4.1是四相可变磁阻式步进电机结构示意图。这种电机定子上有八个凸齿，每一个齿上有一个线圈。线圈绕组的连接方式，是对称齿上的两个线圈进行反相连接，如图中所示。八个齿构成四对，所以称为四相步进电机。它的工作过程是这样的：当有一相绕组被激励时，磁通从正相齿，经过软铁芯的转子，并以最短的路径流向负相齿，而其他六个凸齿并无磁通。为使磁通路径最短，在磁场力的作用下，转子被强迫移动，使最近的一对齿与被激励的一相对准。在图4.1(a)中A相是被激励，转子上大箭头所指向的那个齿，与正向的A齿对准。从这个位置再对

4、B相进行激励，如图4.1中的(b)，转子向反时针转。若是D相被激励，如图4.1中的(c)，则转子为顺时针转。我们不难算出两种情况下转过的度数为转子与定子齿距差：(4.1)因此单向激励有两种可能性：A—B—C—D或A—D—C—B。一种为反时针转动；另一种为顺时针转动。但每步都使转子转动15°。而四相被激励一遍后，转子转过的角度是一个转子的齿距－60°。它们之间的相互关系，可由下式计算：　　(4.2)式中：θS为步长；P为相数；N为转子齿数。故对图4.1中的步进电动机来说，步长为15°，表示电机转一圈需要24步。其他两种步进电动机的工作原理基本相同，

5、只是结构不同而已。4.3步进电机细分驱动的工作原理步进电机的驱动是靠给步进电机的各相励磁绕组通以电流，实现步进电机内部磁场合成方向的变化来使步进电机转动的。如果设矢量TA、TB、TC、TD为步进电机A、B、C、D四相励磁绕组分别通电时产生的磁场矢量；TAB、TBC、TCD、TDA是步进电机AB、BC、CD、DA两相同时通电时产生的磁场矢量。根据步进电机的工作原理可见，磁场的旋转导致了转子的转动。磁场旋转一周，转子转过一个转子齿距。那么根据通电方式的不同，步进电机的运行方式主要有以下几种：(1)单四拍：TA－TB－TC－TD－TA或TA－TD－TC

6、－TB－TA；(2)双四拍：TAB－TBC－TCD－TDA－TAB或TAD－TDC－TCB－TBA－TAD(3)四相八拍：TA－TAB－TB－TBC－TC－TCD－TD－TDA－TATA－TAD－TD－TDC－TC－TCB－TB－TBA－TA精彩文档实用标准文案四相八拍的工作方式相对于单四拍而言，实现了二细分。但是如果想要进一步的到更小的步进角。就必须从步进电机的原理上来考虑。如果能在磁场矢量TA和TAB之间插入多个稳定的磁场矢量，这样步进电机的步进角就会进一步变小。具体实现的方法，实际就是控制A相和B相的励磁电流变化即可。具体的细分方法主要有：

7、(1)“一相绕组电流线性变化”的细分驱动方法，见图4.2由图可见，保持TA不变，使B相的电流线性增加，这样就在TA和TAB之间插入了四个稳定合成磁场矢量。而保持TB不变，A相的电流线性减少这样就在TAB和TB之间插入了四个稳定的合成磁场矢量。如果想进一步细分可以通过控制相电流的步进值来实现。这就是“一相绕组电流线性变化”的细分驱动原理。此种方法的优点是控制电路结构简单、实现容易。缺点是磁场矢量的幅值在不断变化，并且步进角不是均匀变化的，降低了步进电机的线性定位精度，限制了步进电机在精度要求较高的场合的运用。图4.2一相绕组电流线性变化”细分驱动原

8、理图(2)“电流矢量恒幅均匀细分旋转”的细分驱动方法，见图4.3针对“一相绕组电流线性变化”的细分驱动方法的缺点，我们设想可以同时控制两