步进电机细分驱动器的软件设计文献综述

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1、文献综述步进电机细分驱动器的软件设计1前言部分（阐明课题的研究背景和意义）步进电机属于实用的典型的机电一体化组件。它是一种将电脉冲信号转化为角位移或直线位移的执行机构。又可称脉冲电机或阶跃电机，国外常称为Stepmotor、Steppingmotor、Steppermotor等等。步进电机问世以后，很快确定了自己的应用领域，应用发展己有约30年的历史[1]。步进电机在低速运行时振动、噪声大，在其自然振荡频率附近运行时易产生共振，且输出转矩随着步进电机的转速升高而下降，这些缺点限制了步进电机的应用范围。步进电机的性能在很大程度上

2、取决于所用的驱动器，改善驱动器的性能，就可以显著地提高步进电机的性能，因此研制高性能的步进电机驱动器是一项受到普遍关注的课题[2]。随着步进电机在数控机械、自动化领域中的应用越来越广泛，对小步距、低振动和低噪声的步进电机要求愈来愈迫切[3]。步进电机细分驱动技术的是将电机绕组中的电流细分，由常规的矩形波供电改为阶梯波供电。步进电机在每次输入脉冲切换时,只改变相应绕组中的额定电流的一部分,而不是将绕组电流全部通入(或关断),则转子相应的每步转动原有步距角的一部分,而额定电流分成多少次进行切换,转子就以多少步完成一个原有的步距角,

3、这样将步进电机一个步距角细分成若干更小的步;同时在步进电机电路中设置采样电阻,在绕组电流达到额定值时,由于采样电阻的反馈作用,通过比较器使电源电压工作在关断状态,形成在额定值附近内的波动。在这样电路中供给步进电机的是一系列的PWM电压窄脉冲,总的系列的PWM电压脉冲，从而使绕组电流保持输入能量各脉冲时间的电压与电流乘积的积分，电源供给的能量大幅度下降,降低了发热量,具有很高的效率。斩波恒流电路中，采用高电压驱动，电机绕组回路不串联电阻，这样电流上升的速度会很快[4]。细分驱动使驱动电流的变化幅度减小，转子达到平衡位置时的过剩能

4、量减少，降低了步进电机的低频振荡，消除了共振点，使低频、低转速时工作稳定，转矩增加，噪声降低，同时在不改变步进电机内部参数的情况下，减少步距角，减少步进误差，即提高了分辨率和步距精度[5]。2主题部分（阐明课题的国内外发展现状和发展方向，以及对这些问题的评述）近年来，伴随着微电子技术大功率电力电子器件及驱动技术的进步，发达国家已普遍使用性能优越的混合式步进电机。驱动技术采用恒相电流与细分驱动相结合，使步进电机在中、小功率控制系统内的精度提高，并逐步向高速大功率应用领域渗透．步进电动机最大的生产国是日本，如日本伺服公司、东方公司

5、、SANYODENKI和MINEBEA及NPM公司等[6]。我国对步进电动机的研究从1958年开始，70年代以前受苏联的影响，以三相磁阻式步进电动机为主。70年代受到国内研制生产数控机床和其他数控设备的推动，并受到当时日本数控机床系统的影响，开始发展磁阻式步进电动机的系列产品，以定子6个极、转子40齿的三相磁阻式电动机为主，还有定子10个极、转子100齿的五相磁阻式电动机和四相电动机等。1980年代开始发展混合式步进电动机，以定子8极、转子50齿的二相(四相)混合式步进电动机为主。1987年开始自行设计定子10极、转子50齿的

6、五相混合式步进电动机，同时还发展了一些不同于国外的非典型产品，如定子8极、转子60齿的二相(四相)混合式步进电动机。这是为了与磁阻式步进电动机的步距角相一致。经过多年的发展，我国步进电机形成一种品种规格繁多的局面，一是70年代形成的磁阻式步进电动机系列产品在低端应用仍有较多的市场，继续生产；二是混合式步进电机的系列产品，包括引进技术和生产设备，按照国外的设计生产的二相和五相混合式步进电机，以及国内自行开发生产的混合式步进电动机，仍然拥有各自不同的应用领域[6]。目前混合式步进电机是应用广泛的电机之一。步进电机的优缺点[8-11

7、]如下：(1)在不失步的前提下步进电机的角位移与输入脉冲数严格的成正比，因此不存在累计误差，具有良好的跟随性。(2)步进电机的动态响应快、易于启停、正反转及变速。(3)可用数字信号直接进行开环控制，容易构成简单廉价但可靠的数字控制系统。同时，在要求高时它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统。(4)停止时具有自锁能力。(5)速度可在相当宽范围内平滑调节。(6)无刷，电机本体部件少，可靠性高。(7)一般可以不用减速器而直接驱动负载。(8)带惯性负载的能力较差。(9)由于步进电机存在振荡和失步现象，因此必须对控制系统和机械负

8、载采取相应的措施。(10)步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行，它不能直接使用普通的交直流电源驱动。刘宝廷，程树康．步进电机及其驱动控制系统[M]．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1997：2，99-112进电机细分驱动技术是二十世纪70年代中期发展起来的，它是一种可以显著改善