步进电机细分驱动方式的研究
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步进电机的细分
步进电机的细分步进电机是一种将离散的电脉冲信号转化成相应的角位移或线位移的电磁机械装置,它具有转矩大、惯性小、响应频率高等优点，已经在当今工业上得到广泛的应用，但其步矩角较大，一般为1.5o~3o，往往满足不了某些高精密定位、精密加工等方面的要求。
实现细分驱动是减小步距角、提高步进分辨率、增加电机运行平稳性的一种行之有效的方法。
本文在选择了合理的电流波形的基础上，提出了基于Intel 80C196MC 单片机控制的步进电机恒转矩细分驱动方案，其运行功耗小，可靠性高，通用性好，具有很强的实用性。
细分电流波形的选择及量化步进电机的细分控制，从本质上讲是通过对步进电机的励磁绕组中电流的控制，使步进电机内部的合成磁场为均匀的圆形旋转磁场，从而实现步进电机步距角的细分。
一般情况下，合成磁场矢量的幅值决定了步进电机旋转力矩的大小，相邻两合成磁场矢量之间的夹角大小决定了步距角的大小。
因此，要想实现对步进电机的恒转矩均匀细分控制，必须合理控制电机绕组中的电流，使步进电机内部合成磁场的幅值恒定，而且每个进给脉冲所引起的合成磁场的角度变化也要均匀。
我们知道在空间彼此相差2p/m的m相绕组，分别通以相位上相差2p/m而幅值相同的正弦电流，合成的电流矢量便在空间作旋转运动，且幅值保持不变。
这—点对于反应式步进电机来说比较困难，因为反应式步进电机的旋转磁场只与绕组电流的绝对值有关，而与电流的正反流向无关。
以比较经济合理的方式对三相反应式步进电机实现步距角的任意细分，绕组电流波形宜采用如图1所示的形式。
图中，a为电机转子偏离参考点的角度。
ib滞后于ia，ic超前于ia。
此时，合成电流矢量在所有区间b＝Ime-ja，从而保证合成磁场幅值恒定，实现电机的恒转矩运行。
且步进电机在这种情况下也最为平稳。
将绕组电流根据细分倍数均匀量化后，所得细分步距角也是均匀的。
为了进一步得到更加均匀的细分步距角，可通过实验测取一组在通入量化电流波形时的步进电机细分步距的数据，然后对其误差进行差值补偿，求得实际的补偿电流曲线。
步进电机的原理,分类,细分原理
步进电机原理及使用说明一、前言步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。
在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。
这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。
使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。
虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。
它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。
因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的一种开环线性执行元件，具有无累积误差、成本低、控制简单特点。
产品从相数上分有二、三、四、五相，从步距角上分有0.9°/1.8°、0.36°/0.72°，从规格上分有口42~φ130，从静力矩上分有0.1N•M~40N•M。
签于上述情况，我们决定以广泛的感应子式步进电机为例。
叙述其基本工作原理。
望能对广大用户在选型、使用、及整机改进时有所帮助。
二、感应子式步进电机工作原理（一）反应式步进电机原理由于反应式步进电机工作原理比较简单。
下面先叙述三相反应式步进电机原理。
1、结构：电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。
0、1/3て、2/3て,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示），即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3て，C与齿3向右错开2/3て，A…与齿5相对齐，（A…就是A，齿5就是齿1）下面是定转子的展开图：2、旋转：如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力以下均同）。
如B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3て，此时齿3与C偏移为1/3て，齿4与A偏移（て-1/3て）=2/3て。
步进电机驱动器及细分控制原理
步进电机驱动器及细分控制原理步进电机驱动器原理：步进电机必须有驱动器和控制器才能正常工作。
驱动器的作用是对控制脉冲进行环形分配、功率放大，使步进电机绕组按一定顺序通电。
以两相步进电机为例，当给驱动器一个脉冲信号和一个正方向信号时，驱动器经过环形分配器和功率放大后，给电机绕组通电的顺序为AABB A A B B，其四个状态周而复始进行变化，电机顺时针转动；若方向信号变为负时，通电时序就变为AA B BA A BB，电机就逆时针转动。
随着电子技术的发展，功率放大电路由单电压电路、高低压电路发展到现在的斩波电路。
其基本原理是：在电机绕组回路中，串联一个电流检测回路，当绕组电流降低到某一下限值时，电流检测回路发出信号，控制高压开关管导通，让高压再次作用在绕组上，使绕组电流重新上升；当电流回升到上限值时，高压电源又自动断开。
重复上述过程，使绕组电流的平均值恒定，电流波形的波顶维持在预定数值上，解决了高低压电路在低频段工作时电流下凹的问题，使电机在低频段力矩增大。
步进电机一定时，供给驱动器的电压值对电机性能影响较大，电压越高，步进电机转速越高、加速度越大；在驱动器上一般设有相电流调节开关，相电流设的越大，步进电机转速越高、力距越大。
细分控制原理：在步进电机步距角不能满足使用要求时，可采用细分驱动器来驱动步进电机。
细分驱动器的原理是通过改变A，B相电流的大小，以改变合成磁场的夹角，从而可将一个步距角细分为多步。
定子A转子SNB B BSNA A(a)(b)AS NB B N S BS NA(c)(d)图3.2步进电机细分原理图仍以二相步进电机为例，当A、B相绕组同时通电时，转子将停在A、B相磁极中间，如图3.2。
若通电方向顺序按AA AABB BB BB AA AA AA BB BB BB AA,8个状态周而复始进行变化，电机顺时针转动；电机每转动一步，为45度，8个脉冲电机转一周。
与图2.1相比，它的步距角小了一半。
步进电机细分驱动控制技术研究
步进电机细分驱动控制技术研究【摘要】步进电机作为一种新型的数字控制电机，能够通过一定的程序把电脉冲信号改变并转化为与之相对应的角度位移，这种控制机电能够进行最迅捷的启动或者是停止，且在运行过程中，惯性比较小，响应的频率很高，而且当停止运作时候能够具备自锁性能，由于步进电机的定位精确度很高，能够重复操作，整体误差较小，操作控制来相比很简单易掌握，是开环自动控制的不二之选。
目前，在我国，步进电机广泛的运用到各种类型的自动控制系统中，为自动控制系统的突破和发展提供了强大的动力，因此，加强对步进电机细分驱动控制技术的研究具有十分可观的经济效益和社会效益。
笔者将步进电机的系统工作原理做出简述，并对细分驱动方法和实现原理做出探究，最后结合单片机细分步距精度驱动和恒频脉宽调制细分驱动以及细分驱动的SPWM控制做出深入分析。
【关键词】步进电机，细化驱动控制，技术研究，单片机，恒频脉宽调制，SPWM控制前言步进电机早在上个世纪便开始出现，并开始逐步应用到各个领域中，发展到现在，步进电机已经在机械设备制造，仪表生产加工，自动化控制等方面取得了可喜的应用成果，对世界的工业自动化，智能化进程产生了深远的影响。
步进电机在长时间的发展中，已经在精度上和工艺上日趋完善，更注重着性能的优化，目前而言，主要集中在高速运行中加速或者减速可以得到良好控制，改善步进电机的细分技术保持步进电机的准确性和稳定性，但是在目前的制造工艺中，步进电机依然存在着很多缺陷，比如工艺不完善，步距角显得比较大，振动的频率较低等，这些严重限制了步进电机功能的正常发挥。
随着工业和科学技术的飞速发展，步进电机在各种自动化装置，仪表加工等高度精确的行业，自动精确定位，扫描等各方面越来越广泛的运用，也对步进电机的精确度和稳定性提出了更高的要求，因此，研究步进电机的细分驱动技术，有着十分重要的意义。
步进电机细分驱动控制原理和方法步进电机细分原理步进电机在进行运转工作中，最主要的是依靠励磁绕组之间因为特定性能产生旋转式的合磁场带动转子进行同步运动[[1] 智淑亚宗存元付香梅步进电机细分驱动控制技术研究[期刊论文] 《金陵科技学院学报》-2008年1期][1]。
步进电机驱动方式的分类及比较
步进电机驱动方式的分类及比较步进电机驱动方式的分类及比较：步进电机驱动方法的分类主要有恒电压驱动方式、恒电流斩波驱动方式和细分驱动方式。
以下是这几种驱动方式的简介及比较。
1 恒电压驱动方式1．1 单电压驱动单电压驱动是指在电机绕组工作过程中，只用一个方向电压对绕组供电。
如图2所示，L为电机绕组，VCC为电源。
当输入信号In为高电平时，提供足够大的基极电流使三极管T处于饱和状态，若忽略其饱和压降，则电源电压全部作用在电机绕组上。
当In为低电平时，三极管截止，绕组无电流通过。
为使通电时绕组电流迅速达到预设电流，串入电阻Rc；为防止关断T时绕组电流变化率太大，而产生很大的反电势将T击穿，在绕组的两端并联一个二极管D和电阻Rd，为绕组电流提供一个泄放回路，也称“续流回路”。
单电压功率驱动电路的优点是电路结构简单、元件少、成本低、可靠性高。
但是由于串入电阻后，功耗加大，整个功率驱动电路的效率较低，仅适合于驱动小功率步进电机。
1．2 高低压驱动为了使通电时绕组能迅速到达设定电流，关断时绕组电流迅速衰减为零，同时又具有较高的效率，出现了高低压驱动方式。
如图3所示，Th、T1分别为高压管和低压管，Vh、V1分别为高低压电源，Ih、I1分别为高低端的脉冲信号。
在导通前沿用高电压供电来提高电流的前沿上升率，而在前沿过后用低电压来维持绕组的电流。
高低压驱动可获得较好的高频特性，但是由于高压管的导通时间不变，在低频时，绕组获得了过多的能量，容易引起振荡。
可通过改变其高压管导通时间来解决低频振荡问题，然而其控制电路较单电压复杂，可靠性降低，一旦高压管失控，将会因电流太大损坏电机。
2 恒电流斩波驱动方式2．1 自激式恒电流斩波驱动图4为自激式恒电流斩波驱动框图。
把步进电机绕组电流值转化为一定比例的电压，与D／A转换器输出的预设值进行比较，控制功率管的开关，从而达到控制绕组相电流的目的。
从理论上讲，自激式恒电流斩波驱动可以将电机绕组的电流控制在某一恒定值。
单片机控制步进电机细分驱动的实现研究
科技资讯科技资讯S I N &T NOL OGY INF ORM TION2008NO.06SCI EN CE &TECHNOLOGY I NFORMATI ON工程技术步进电机细分驱动技术是单片机对步进电机的控制技术中的重要组成部分。
根据末级功放管的工作状态可分为放大型和开关型两种。
放大型步进电机细分驱动电路中末级功放管的输出电流直接受单片机输出的电压控制,电路较简单,电流的控制精度也较高。
但是功放管上的功耗较大,发热严重,容易引起晶体管的温漂,影响驱动电路的性能。
甚至还可能由于晶体管的热击穿,使电路不能正常工作。
因此该驱动电路一般应用于驱动电流较小、控制精度较高、散热情况较好的场合。
1步进电机细分驱动原理1.1细分驱动普通二相/四相步进电机通常采用1-2相通电的半步或者全步驱动模式,这样的驱动方式存在一些缺陷。
比较突出的是步距角较大,在较低频率工作时容易产生电机震荡。
而在一些坚电机平稳性要求较高的场合,上述缺陷制约了二相/四相步进电机的应用,取而代之的是步距角罗小,电机制造难度和成本都成倍提高的五相步进电机。
而通过采用细分驱动,可以在某种程度上解决上述问题。
由于细分驱动是将原来一步走完的步距角分成若干步完成,相当于减小了步距角,因而提高了定位精和分辨率。
步进电机转动每一步进由过冲带来的震荡也减小,从而改善了电机抖动。
对于二相混合式步进电机,A ,B 两个绕组的通电状态每经过一个循环,步进电机的转子转过一个转子齿距角θb ,而通电状态数m 通常在全步模式时为4或者半步模式为8,对应的步距角为,θb ＝360°/mZ r 。
其中Z r 为转子齿数,通常为50,代入上式可得,二相混合式步进电机的步距角一般为1.8°或者0.9°,当通电状态数增加到32时,步进电机的步距角将减小为0.225°。
1.2功率驱动与快速性为了在绕组内得到希望的电流,通常采用两种功率驱动方式,即恒压驱动和恒流驱动。
步进电机细分驱动原理及恒流斩波原理
步进电机细分驱动原理及恒流斩波原理细分的基木概念为：步进电机通过细分驱动器的驱动，其步距角变小了。
如驱动器工作在10细分状态时，其步距角只为'电机固有步距角'的十分之一，也就是：当驱动器工作在不细分的整步状态时，控制系统每发一个步进脉冲，电机转动1.80；而用细分驱动器工作在10细分状态时，电机只转动了0.180。
细分功能完全是山驱动器靠精确控制电机的相电流所产生的，与电机无关。
驱动器细分后的平要优点为：完全消除了电机的低频振荡；提高了电机的输出转矩，尤其是对三相反应式电机，其力矩比不细分时提高约30-40%；提高了电机的分辨率，山于减小了步距角、提高了步距的均匀度，'提高电机的分辨率'是不言而喻的。
以上这些优点，尤其是在性能卜的优点，并不是一个量的变化，而是质的匕跃。
因此，在性能上的优点是细分的真正优点。
细分原理当要求步进电动机有更小的步距角，更高的分辨率(即脉冲当影，或者为减小电动机振动、噪声等原因，可以在每次输入脉冲切换时，不是将绕组电流个部通入或切除，而是只改变相应绕组中额定的一部分，则电动机的合成磁势也只旋转步距角的一部分，转子的每步运行也只有步距角的一部分。
这里，绕组电流不是一个方被，而是阶梯波，额定电流是台阶式的投入或切除，电流分成步进电机细分驱动控制器的研究多少个台阶，则转子就以同样的步数转过一个步距角。
这种将一个步跟角细分成若干步的驱动方法，称为细分驱动。
细分驱动时绕组阶梯电流波形示意图如图2-10所示。
细分技术又称为微步距控制技术，是步进电动机开环控制最新技术之一，利用计算机数字处理技术和D/A转换技术，将图2 Fig2-10 to绕组阶梯电流彼推图.Waveform of Winding Current各相绕组电流通过PWM控制，获得按规律改变其幅值的大小和方向，实现将步进电动机一个整步均分为若干个更细的微步。
每个微步距可能是原来基本步距的数卜分之一，甚至是数百分之一。
步进电机驱动细分原理
步进电机驱动细分原理
步进电机驱动细分原理是通过改变电流波形来实现对步进电机精细控制的一种方法。
在传统的双极性驱动方式中，每一相都只有两种状态：激活和不激活。
而细分驱动则将每一相的激活状态进行进一步细分，使得电流具有更多个离散的状态。
细分驱动的基本原理是通过改变驱动器输出的电流波形来实现对步进电机转子位置的微调。
具体来说，细分驱动使用一种特殊的电流控制技术，将总电流周期性地细分成多个小的电流脉冲。
通过改变电流脉冲的大小和时序，可以在每一个基本步进角度上进行更细致的位置控制。
通常，在步进电机驱动器中使用的细分驱动方式有全步进和半步进两种。
全步进是最基本的细分方式，在一个完整的电流周期内将电流波形分为两个相等的部分，每个部分激活的时间持续一个基本步进角度。
而半步进则是在全步进的基础上，对激活时间进行了进一步细分，使得每个部分激活的时间只有全步进时间的一半，从而实现了更精细的位置控制。
细分驱动的实现离不开现代步进电机驱动器中的电流控制电路。
这些电路通常包括高性能的电流感应器、精确的分流器和多级放大器等。
通过这些电路的协同作用，细分驱动器可以在每个细分步进角度上产生相应大小和时序的电流脉冲，实现对步进电机位置的微调控制。
总而言之，步进电机驱动细分原理是通过改变电流波形来实现
对步进电机位置的微调。
通过细分驱动方式，可以获得更精细的步进角度控制，提高步进电机的定位精度和运动平滑性。
一文解析步进电机三种驱动方式的优缺点
一文解析步进电机三种驱动方式的优缺点众所周知，步进电机的驱动方式有整步，半步，细分驱动。
三者既有区别又有联系，目前，市面上很多驱动器支持细分驱动方式。
大家都知道步进电动机是一种把电脉冲信号转换成机械角位移的控制电机，常作为数字控制系统中的执行元件。
当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（这个角度叫做歩距角）。
正常运动情况下，它每转一周具有固定的步数；做连续步进运动时，其旋转转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。
本文小编将带领大家详细的了解步进电机整步驱动、半步驱动、细分驱动的工作原理及优缺点。
步进电机的驱动方式如下图是两相步进电机的内部定子示意图，为了使电机的转子能够连续、平稳地转动，定子必须产生一个连续、平均的磁场。
因为从宏观上看，电机转子始终跟随电机定子合成的磁场方向。
如果定子合成的磁场变化太快，转子跟随不上，这时步进电机就出现失步现象。
既然电机转子是跟随电机定子磁场转动，而电机定子磁场的强度和方向是由定子合成电流决定且成正比。
即只要控制电机的定子电流，则可以达到驱动电机的目的。
下图是两相步进电机的电流合成示意图。
其中Ia是由A-A`相产生，Ib是由B-B`相产生，它们两个合成后产生的电流I就是电机定子的合成电流，它可以代表电机定子产生磁场的大小和方向。
基于以上步进电机的背景描述，对于步进电机的整步、半步、细分的三种驱动方式，都会是同一种方法，只是电流把一个圆（360）分割的粗细程度不同。
1、整步驱动对于整步驱动方式，电机是走一个整步，如对于一个步进角是3.6的步进电机，整步驱动是每走一步是走3.6。
下图是整步驱动方式中，电机定子的电流次序示意图：。
步进电机细分驱动电路及原理(后面是已经编好的程序改改就可直接使用)
步进电机细分驱动电路及原理(后面是已经编好的程序改改就可直接使用)步进电机细分驱动电路及原理（后面是已经编好的程序改改就可直接使用）细分原理分析步进电机驱动线路,如果按照环形分配器决定的分配方式,控制电动机各相绕组的导通或截止,从而使电动机产生步进所需的旋转磁势拖动转子步进旋转,则步距角只有二种,即整步工作或半步工作,步距角已由电机结构所确定。
如果要求步进电机有更小的步距角,更高的分辨率,或者为了电机振动、噪声等原因,可以在每次输入脉冲切换时,只改变相应绕组中额定的一部分,则电机的合成磁势也只旋转步距角的一部分,转子的每步运行也只有步距角的一部分。
这里,绕组电流不是一个方波,而是阶梯波,额定电流是台阶式的投入或切除,电流分成多少个台阶,则转子就以同样的次数转过一个步距角,这种将一个步距角细分成若干步的驱动方法,称为细分驱动。
在国外,对于步进系统,主要采用二相混合式步进电机及相应的细所示。
单片机根据要求的步距角计算出各相绕组中通过的电流值,并输出到数模转换器(DPA) 中,由DPA 把数字量转换为相应的模拟电压,经过环形分配器加到各相的功放电路上,控制功放电路给各相绕组通以相应的电流,来实现步进电机的细分。
单片机控制的步进电机细分驱动电路根据末级功放管的工作状态可分为放大型和开关型两种(见下图5)。
图5 步进电机细分驱动电路放大型步进电机细分驱动电路中末级功放管的输出电流直接受单片机输出的控制电压控制,电路较简单,电流的控制精度也较高,但是由于末级功放管工作在放大状态,使功放管上的功耗较大,发热严重,容易引起晶体管的温漂,影响驱动电路的性能。
甚至还可能由于晶体管的热击穿,使电路不能正常工作。
因此该驱动电路一般应用于驱动电流较小、控制精度较高、散热情况较好的场合。
开关型步进电机细分驱动电路中的末级功放管工作在开关状态,从而使得晶体管上的功耗大大降低,克服了放大型细分电路中晶体管发热严重的问题。
但电路较复杂,输出的电流有一定的波纹。
试析步进电动机细分驱动控制技术的研究运用
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科 技 论 坛
试析步进 电动机细分驱动控制 Байду номын сангаас术 的研 究运用
王 现 董 舸 刘 文 赫
（ 齐齐哈 尔工程学院 ， 黑龙江 齐齐哈 尔 １ ６ １ ０ ０ ０ ） 摘 要： 步进 电机作为一种新型的数控 电机 ， 其使 用价值得到 了相 关使 用行业 的广泛好评 。步进 电机 的使 用原理 就是 通过 其 内部的 设计将 系统传来的 电磁脉 冲信号进行有效的分析后转 变成 自身可 以使 用的一种 角度位移控制 限号 ，然后通过信 号的传输 对整 个步进 电 机进行控制 ， 在整个运行过程 中步进 电机 由于其整体工作惯性小、 使 用过程 中与信号 的相应频 率高的等特点 以及在 突然停 工状 态下可以 进行 自锁操作的 实践能力得到 了广 大用户在使 用方面的好评 。不仅如此该技术在进行定位 的过程 中， 同样具有较 高的精度 ， 并且整体所 产生的误差也相对较小 ， 在工作 中还 可以进行重 负操作 ， 相对 于其他的设备操作起 来更加 简便顺手。
关键词 ： 步进 电动 机 ； 细 分驱 动 控 制技 术 ； 原 理
步进 电动 机细分驱动控制技术在机 械加工等 精密器械 的制造 率等相关 的过程进行精密曲线的描绘 。 在运转过程 中对于步进电机 方面 均有 自己独特的优势 ， 在我 国科学 技术不断发展 的今 天 ， 面对 锁转 过的角度 、 弧度 以及在 电流变化 的过程 中都会受 到整个操 作系 各种技术 的不断发展以及提升 。 步进电机的改造 以及相关原理 的更 统的操控 ， 有效 的将 整个软件 内部 的工作状况展现出来 。 新一直没有受到阻碍。在科学技术不断引领社会发展 的今天 ， 有效 信号 的有效处 理是单 片机细分步进 电机在进 行精 度驱动技 术 的将 步进 电机细分驱动控制技 术进行改革 、 研发 、 实际应用对 我 国 的使 用过程 中一项十分重要的使 用技术 。 其 自身 的发展使用具有独 在未来 的发展建设 过程 中必然会起到 良好 的促进作用 ， 以下将试析 特的技术 内涵 ， 这是一种 由积分电路 、 触发元件 以及相 关 的各类 高 步进 电动机细分驱动控制技术 的研究运用。 端电子控 制、 电子驱 动电路 以及部件相互组合搭 配而成的。其在实 １步 进 电动 机 际的使用 中 ， 主要工作是 为 Ｐ ＷＭ提供 、 抽取正确 的步进 电机的细分 步进 电动机把电脉冲信号变换 成角位移 以控 制转子转 动的微 直流分量信号 ， 并通过控 制场效应 管的开闭原件 对其 进行开启 以及 特 电机 。 在 自动控制装置 中作 为执行元件 。 每输入一个脉冲信号 ， 步 关闭的有效控制 。只有有效 的完善这种对步进 电机 的电流 、 细分信 进 电动机前进一步 ， 故又称脉冲电动机 。步进电动机多用于数字式 号的管理 ， 才能够完善细分驱 动在 实际操作 应用 中的控制 。在科学 计算机 的外部设备 ， 以及打印机 、 绘 图机和磁盘等装 置。 技术承载世界 的今天 ， 有 效的将单片机作为一 种媒 介 ， 结合 到步进 步进 电动机的驱动电源 由变频脉 冲信号源 、 脉冲分配器及脉冲 电机的细分驱 动控制技术 的完善过程 中去 ， 其实际的结果表明 了该 放大器组成 ， 由此驱动 电源 向电机绕组提供脉 冲电流 。 技术能够有效 的客服在操作 中难以进 行均匀细分技术 的难题 。 通过 步 进 电机 的 优 点是 没有 累积 误 差 ， 结构简单 ， 使用维修方便 ， 制 与计算机 的有效链 接 ， 将 其输入的细分波形进 行正确 的分析 ， 借此 造成本低 ， 步进 电 动 机 带 动 负 载惯 量 的 能 力 大 ， 适 用 于 中小 型 机 床 进 行 指 令 的下 达 ， 就 可 以 在 有 效 的实 现 对 步进 电 机 的控 制 ， 这种方 和速度精 度要求不高 的地方 ， 缺点 是效率较低 ， 发热大 ， 有时会 “ 失 式较之传 统模式而言 ， 其具有更高 的科 学利用价值以及操作简便 的 步” 。 特点。在步进 电机 细分驱动控制技术 的引领运用下 ， 整个操作过程 ２ 步 进 电机 细 分 驱 动 控 制 原 理 和 方法 都变得相 当简单 ， 在应用 过程 中只要通过单极 性方法 的调整 ， 就可 ２ ． １ 步进 电机细分原理。 步进电机在进行运转工作 中， 最 主要 的 以有效的将理论计算 中的得到 的数据进行最大化 的应用 ， 进而达到 是依靠励 磁绕组之 间因为特定 性能产生旋转 式的合磁场 带动转子 整个驱分过程实现完美 的细分管理 ， 在实际 的操作运用 中有效 的降 进行 同步运动 。在步进电机 没有进行 细分 时候 ， 合磁场会一种不变 低 了因操作方式复杂繁琐而带来的隐患。 的角度运转 ， 当励磁绕组在电流通过时候 ， 会产 生磁 通量 ， 控制好 电 ３ ． ２ 恒频脉宽调制细分驱动 。步进 电动机 的细分控制方法 ， 是通 流 的方向实现对步进 电机 合磁场的控制 ，步进 电机在 细分的情形 过控制步进电机各相绕组 中的电流 ， 使其按一定 的规律 阶梯上升或 下， 其 工作 时候可 以实现对绕组电流大小 进行精确 的控制 。 下 降，从 而获得从零到最 大相 电流之间 的多个稳 定 的中间电流状 ２ ． ２步进 电机 细 控 制 方 法 态。 恒频脉宽调制细分技术 ， 采用可 变细分控制原理产生阶梯波 ， 而 ２ ． ２ ． １ 等 电流细分 驱动法。细分驱动技术通过 对相电流实施 阶 在恒流 阶段 采用定频脉宽调制 ， 使其功率 管工作在开关 状态 ， 这样 梯控制 ， 让 步进 电机 围绕在一个很小 的角度运转 ， 将 电流均匀细化 ， 既解决 了可变细分 功率管损耗大 的问题 ， 又避免 了数字细分 的脉 宽 也 使 得 围绕 的角 度 均 分 。 调制波计算时间过长不 易实现 的问题 。 ２ ． ２ ． ２实 现 振 动 频 率 的 降 低 。在 面 对 实 际状 况 发 生 的过 程 中 ， 应 ４细分驱动的 Ｓ Ｐ Ｗ Ｍ 控 制 该 根 据 操 作 过 程 中的 行 为技 术 准 则 ， 在 分 析 出步 距 角 以及 相 关 电流 在细分驱动的 Ｓ Ｐ ＷＭ控制过程 中 ， 一般使用采用控制理论 为指 的 曲线 之 后 ， 在 此 基 础 之 上 对 步 进 电机 相 关 器 件 的 电流 进 行 控 制 并 导 ， 由于在整个 控制过程 中， 冲量相等但是形 状行有很 大差异 的狭 加 以修正 ， 只有在此基础之上建立 的调整才能够实现步进 电机在实 窄脉冲 ， 在一定 的惯性条件下实施操作 ， 组合控 制 ， 最后得 到的结果 际工作 中步距角的均分。 差别不大 ， 基本相 同， 如果将 正弦波均 匀等分成若干份 ， 且将这些均 ２ ． ２ ． ３电流矢量恒 福均 匀旋转法 。步进 电机内部的合成磁场要 与分布 的正弦波看成宽度相 等但 是幅值有很大差异的若干个脉冲 ， 想保持一定 的参数恒定 ， 就需要使用特定 的方式来实现 。在操作过 再将这个序列脉冲用同样数 量等幅值 不等宽度 ， 宽度 与按正 弦规律 程 中， 可以通过将磁场保持在与运行方 向同一方 向上进行一致性 的 变化 的脉冲代替 ， 即Ｓ Ｐ ＷＭ。这种 Ｓ Ｐ ＷＭ的脉 冲可用单 片机配合相 协调 ， 再或者在将变化变化均匀处理 ， 通过实践操作 ， 传统 的步进 电 应 的控制 电路来实现。通过无数 次的实践操作和理论研究证明 ， 在 机细分驱动技术的使用是依 靠在各种硬件的强大配合之下进行的 ， 单 片机源源不断 的将 细分 并且 已经量化好 的控制 电压信 号传输 出 但是这种方式要想在一段时间内实现所谓的恒力矩均匀细分 ， 然后 去 的情况下 ， 再 同 Ｄ／Ａ转换 后与三角波 进行 比较 ， 形成 脉宽调制 在此基础上在进行有效的控制将 会出现相 当大 的难度。 但是科 学技 信号加在步进电机的绕组上 ， 实现细分驱动 。 术的发展 为我们提供 了条件 ，通过使用单片步进 电机控制系统 ， 将 结束 语 部分数据存储在软件系统 中， 然后进行各种 细分 电流有关信 号的 步进 电机作 为数字化控制 电机的一种 ， 其具 有着悠久 的发 展历 控 制输 出 。 史。 在未来 的发展道路上 ， 随着科学技术的不断完善 ， 步进 电动机细 ３ 步 进 电 机 的 细分 驱动 控 制 技 术 研 究 运 用 分驱动控制技术必将得到有效 的改进 以及完善 。 通过现实 的发展现 ３ ． １ 单片机细分步距精度驱动 。作 为单 片机 细分 步距 控制系统 状我们可 以清晰的判断 ， 其未来的应用价值将无 可估量 。 的核心 ， 在 进行细分步距 精度的调整控制过程 中 ， 其 主要还是依靠 参 考 文 献 定 的组合程序 ，岁正在运行 的电机 产生符合 其运转工作的 Ｐ ＷＭ ｆ １ １ 花 同． 步 进 电机 控 制 系统设 计 ｌ Ｊ １ ＿ 电子 设计 工程 ， ２ ０ １ １ （ １ ５ ） ． 细分信号 ， 使整个步进 电机 的相关相数 、 细分倍数 、 运行过 程中的频
２ ６・
科 技 论 坛
试析步进 电动机细分驱动控制 Байду номын сангаас术 的研 究运用
王 现 董 舸 刘 文 赫
（ 齐齐哈 尔工程学院 ， 黑龙江 齐齐哈 尔 １ ６ １ ０ ０ ０ ） 摘 要： 步进 电机作为一种新型的数控 电机 ， 其使 用价值得到 了相 关使 用行业 的广泛好评 。步进 电机 的使 用原理 就是 通过 其 内部的 设计将 系统传来的 电磁脉 冲信号进行有效的分析后转 变成 自身可 以使 用的一种 角度位移控制 限号 ，然后通过信 号的传输 对整 个步进 电 机进行控制 ， 在整个运行过程 中步进 电机 由于其整体工作惯性小、 使 用过程 中与信号 的相应频 率高的等特点 以及在 突然停 工状 态下可以 进行 自锁操作的 实践能力得到 了广 大用户在使 用方面的好评 。不仅如此该技术在进行定位 的过程 中， 同样具有较 高的精度 ， 并且整体所 产生的误差也相对较小 ， 在工作 中还 可以进行重 负操作 ， 相对 于其他的设备操作起 来更加 简便顺手。
关键词 ： 步进 电动 机 ； 细 分驱 动 控 制技 术 ； 原 理
步进 电动 机细分驱动控制技术在机 械加工等 精密器械 的制造 率等相关 的过程进行精密曲线的描绘 。 在运转过程 中对于步进电机 方面 均有 自己独特的优势 ， 在我 国科学 技术不断发展 的今 天 ， 面对 锁转 过的角度 、 弧度 以及在 电流变化 的过程 中都会受 到整个操 作系 各种技术 的不断发展以及提升 。 步进电机的改造 以及相关原理 的更 统的操控 ， 有效 的将 整个软件 内部 的工作状况展现出来 。 新一直没有受到阻碍。在科学技术不断引领社会发展 的今天 ， 有效 信号 的有效处 理是单 片机细分步进 电机在进 行精 度驱动技 术 的将 步进 电机细分驱动控制技 术进行改革 、 研发 、 实际应用对 我 国 的使 用过程 中一项十分重要的使 用技术 。 其 自身 的发展使用具有独 在未来 的发展建设 过程 中必然会起到 良好 的促进作用 ， 以下将试析 特的技术 内涵 ， 这是一种 由积分电路 、 触发元件 以及相 关 的各类 高 步进 电动机细分驱动控制技术 的研究运用。 端电子控 制、 电子驱 动电路 以及部件相互组合搭 配而成的。其在实 １步 进 电动 机 际的使用 中 ， 主要工作是 为 Ｐ ＷＭ提供 、 抽取正确 的步进 电机的细分 步进 电动机把电脉冲信号变换 成角位移 以控 制转子转 动的微 直流分量信号 ， 并通过控 制场效应 管的开闭原件 对其 进行开启 以及 特 电机 。 在 自动控制装置 中作 为执行元件 。 每输入一个脉冲信号 ， 步 关闭的有效控制 。只有有效 的完善这种对步进 电机 的电流 、 细分信 进 电动机前进一步 ， 故又称脉冲电动机 。步进电动机多用于数字式 号的管理 ， 才能够完善细分驱 动在 实际操作 应用 中的控制 。在科学 计算机 的外部设备 ， 以及打印机 、 绘 图机和磁盘等装 置。 技术承载世界 的今天 ， 有 效的将单片机作为一 种媒 介 ， 结合 到步进 步进 电动机的驱动电源 由变频脉 冲信号源 、 脉冲分配器及脉冲 电机的细分驱 动控制技术 的完善过程 中去 ， 其实际的结果表明 了该 放大器组成 ， 由此驱动 电源 向电机绕组提供脉 冲电流 。 技术能够有效 的客服在操作 中难以进 行均匀细分技术 的难题 。 通过 步 进 电机 的 优 点是 没有 累积 误 差 ， 结构简单 ， 使用维修方便 ， 制 与计算机 的有效链 接 ， 将 其输入的细分波形进 行正确 的分析 ， 借此 造成本低 ， 步进 电 动 机 带 动 负 载惯 量 的 能 力 大 ， 适 用 于 中小 型 机 床 进 行 指 令 的下 达 ， 就 可 以 在 有 效 的实 现 对 步进 电 机 的控 制 ， 这种方 和速度精 度要求不高 的地方 ， 缺点 是效率较低 ， 发热大 ， 有时会 “ 失 式较之传 统模式而言 ， 其具有更高 的科 学利用价值以及操作简便 的 步” 。 特点。在步进 电机 细分驱动控制技术 的引领运用下 ， 整个操作过程 ２ 步 进 电机 细 分 驱 动 控 制 原 理 和 方法 都变得相 当简单 ， 在应用 过程 中只要通过单极 性方法 的调整 ， 就可 ２ ． １ 步进 电机细分原理。 步进电机在进行运转工作 中， 最 主要 的 以有效的将理论计算 中的得到 的数据进行最大化 的应用 ， 进而达到 是依靠励 磁绕组之 间因为特定 性能产生旋转 式的合磁场 带动转子 整个驱分过程实现完美 的细分管理 ， 在实际 的操作运用 中有效 的降 进行 同步运动 。在步进电机 没有进行 细分 时候 ， 合磁场会一种不变 低 了因操作方式复杂繁琐而带来的隐患。 的角度运转 ， 当励磁绕组在电流通过时候 ， 会产 生磁 通量 ， 控制好 电 ３ ． ２ 恒频脉宽调制细分驱动 。步进 电动机 的细分控制方法 ， 是通 流 的方向实现对步进 电机 合磁场的控制 ，步进 电机在 细分的情形 过控制步进电机各相绕组 中的电流 ， 使其按一定 的规律 阶梯上升或 下， 其 工作 时候可 以实现对绕组电流大小 进行精确 的控制 。 下 降，从 而获得从零到最 大相 电流之间 的多个稳 定 的中间电流状 ２ ． ２步进 电机 细 控 制 方 法 态。 恒频脉宽调制细分技术 ， 采用可 变细分控制原理产生阶梯波 ， 而 ２ ． ２ ． １ 等 电流细分 驱动法。细分驱动技术通过 对相电流实施 阶 在恒流 阶段 采用定频脉宽调制 ， 使其功率 管工作在开关 状态 ， 这样 梯控制 ， 让 步进 电机 围绕在一个很小 的角度运转 ， 将 电流均匀细化 ， 既解决 了可变细分 功率管损耗大 的问题 ， 又避免 了数字细分 的脉 宽 也 使 得 围绕 的角 度 均 分 。 调制波计算时间过长不 易实现 的问题 。 ２ ． ２ ． ２实 现 振 动 频 率 的 降 低 。在 面 对 实 际状 况 发 生 的过 程 中 ， 应 ４细分驱动的 Ｓ Ｐ Ｗ Ｍ 控 制 该 根 据 操 作 过 程 中的 行 为技 术 准 则 ， 在 分 析 出步 距 角 以及 相 关 电流 在细分驱动的 Ｓ Ｐ ＷＭ控制过程 中 ， 一般使用采用控制理论 为指 的 曲线 之 后 ， 在 此 基 础 之 上 对 步 进 电机 相 关 器 件 的 电流 进 行 控 制 并 导 ， 由于在整个 控制过程 中， 冲量相等但是形 状行有很 大差异 的狭 加 以修正 ， 只有在此基础之上建立 的调整才能够实现步进 电机在实 窄脉冲 ， 在一定 的惯性条件下实施操作 ， 组合控 制 ， 最后得 到的结果 际工作 中步距角的均分。 差别不大 ， 基本相 同， 如果将 正弦波均 匀等分成若干份 ， 且将这些均 ２ ． ２ ． ３电流矢量恒 福均 匀旋转法 。步进 电机内部的合成磁场要 与分布 的正弦波看成宽度相 等但 是幅值有很大差异的若干个脉冲 ， 想保持一定 的参数恒定 ， 就需要使用特定 的方式来实现 。在操作过 再将这个序列脉冲用同样数 量等幅值 不等宽度 ， 宽度 与按正 弦规律 程 中， 可以通过将磁场保持在与运行方 向同一方 向上进行一致性 的 变化 的脉冲代替 ， 即Ｓ Ｐ ＷＭ。这种 Ｓ Ｐ ＷＭ的脉 冲可用单 片机配合相 协调 ， 再或者在将变化变化均匀处理 ， 通过实践操作 ， 传统 的步进 电 应 的控制 电路来实现。通过无数 次的实践操作和理论研究证明 ， 在 机细分驱动技术的使用是依 靠在各种硬件的强大配合之下进行的 ， 单 片机源源不断 的将 细分 并且 已经量化好 的控制 电压信 号传输 出 但是这种方式要想在一段时间内实现所谓的恒力矩均匀细分 ， 然后 去 的情况下 ， 再 同 Ｄ／Ａ转换 后与三角波 进行 比较 ， 形成 脉宽调制 在此基础上在进行有效的控制将 会出现相 当大 的难度。 但是科 学技 信号加在步进电机的绕组上 ， 实现细分驱动 。 术的发展 为我们提供 了条件 ，通过使用单片步进 电机控制系统 ， 将 结束 语 部分数据存储在软件系统 中， 然后进行各种 细分 电流有关信 号的 步进 电机作 为数字化控制 电机的一种 ， 其具 有着悠久 的发 展历 控 制输 出 。 史。 在未来 的发展道路上 ， 随着科学技术的不断完善 ， 步进 电动机细 ３ 步 进 电 机 的 细分 驱动 控 制 技 术 研 究 运 用 分驱动控制技术必将得到有效 的改进 以及完善 。 通过现实 的发展现 ３ ． １ 单片机细分步距精度驱动 。作 为单 片机 细分 步距 控制系统 状我们可 以清晰的判断 ， 其未来的应用价值将无 可估量 。 的核心 ， 在 进行细分步距 精度的调整控制过程 中 ， 其 主要还是依靠 参 考 文 献 定 的组合程序 ，岁正在运行 的电机 产生符合 其运转工作的 Ｐ ＷＭ ｆ １ １ 花 同． 步 进 电机 控 制 系统设 计 ｌ Ｊ １ ＿ 电子 设计 工程 ， ２ ０ １ １ （ １ ５ ） ． 细分信号 ， 使整个步进 电机 的相关相数 、 细分倍数 、 运行过 程中的频
步进电机细分驱动
技术文档-步进电机多级细分驱动方法研究步进电机作为电磁机械装置，其进给的分辨率取决于细分驱动技术。
采用软件细分驱动方式，由于编程的灵活性、通用性，使得步进细分驱动的成本低、效率高，要修改方案也易办到。
同时，还可解决步进电机在低速时易出现的低频振动和运行中的噪声等。
但单一的软件细分驱动在精度与速度兼顾上会有矛盾，细分的步数越多，精度越高，但步进电机的转动速度却降低；要提高转动速度，细分的步数就得减少。
为此，设计了多级细分驱动系统，通过不同的细分档位设定，实现不同步数的细分，同时保证了不同的转动速度。
1 细分驱动原理步进电机控制中已蕴含了细分的机理。
如三相步进电机按A→B→C……的顺序轮流通电，步进电机为整步工作。
而按A→AC→C→CB→B→BA→A……的顺序通电，则步进电机为半步工作。
以A→B为例，若将各相电流看作是向量，则从整步到半步的变换，就是在IA与IB之间插入过渡向量IAB，因为电流向量的合成方向决定了步进电机合成磁势的方向，而合成磁势的转动角度本身就是步进电机的步进角度。
显然，I AB的插入改变了合成磁势的转动大小，使得步进电机的步进角度由θb变为0.5 θb，从而也就实现了2步细分。
由此可见，步进电机的细分原理就是通过等角度有规律的插入电流合成向量，从而减小合成磁势转动角度，达到步进电机细分控制的目的。
如图1所示，在三相步进电机的A相与B相之间插入合成向量AB，则实现了2步细分。
要再实现4步细分，只需在A与AB之间插入3个向量I1、I2、I3，使得合成磁势的转动角度θ1=θ2=θ3=θ4，就实现了4步细分。
但4步细分与2步细分是不同的，由于I1、I2、I3 3个向量的插入是对电流向量IB的分解，故控制脉冲已变成了阶梯波。
细分程度越高，阶梯波越复杂。
图1 步进细分原理在三相步进电机整步工作时，实现2步细分合成磁势转动过程为IA→IAB→IB；实现4步细分转动过程为IA→I2→IAB……；而实现8步细分则转动过程为IA→I1→I2→I3→IAB……。
两相步进电机单极性细分驱动器的实现
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｓｇ ｆＴｗｏ Ｐｈａ ｅ Ｓ ｅ ｐｉ ｇ Ｍ ｏ ｏ － ｓ ｔｐ ｎ ｔ ｒ Ｕｎｉ ｌ ｒ Ｓｕ ｉ ｉｉ ｎ Ｄ ｒｖ ｒ ｐｏ ａ ｂｄ ｖ ｓｏ ｉ ｅ
Ｌ ｉｇ．ＪＮ Ｚ ａ ｌｔ ＩＪｎ ｌ ｈ ｎｅ
（ ｅ ｉｇＩｓｔｔ ｏ ｐ ｃ ｃ ａ ｉｓ Ｅｅｔｃｔ，Ｂ ｉｎ ０ １０， ｈｎ ） Ｂ ｉｎ ｎｔｕｅ ｆ ａｅＭｅｈ ｎｃ ＆ ｌｃ ｉｉ ｊ ｉ Ｓ ｒ ｙ ｅ ｉｇ１ ０ ９ Ｃ ｉａ ｊ
动器 的实现过程并 进行验证 ， 试验结果证 明该步进 电机细分驱动 器可靠性高 、 运行平稳 。
关键词 ： 步进 电机 ； 细分驱 动 ； 现场 可编程 门阵列
中 图分 类 号 ： Ｍ ０ ． 文 献 标 志 码 ： 文 章 编 号 ：６ ３６ ４ （０ ２ ０ － １ － Ｔ ３ １２ Ａ １７ — ０ ２ １ ） ３０ ４０ ５ ０ ５
单极 性细分驱动方法 ， 以 Ｆ Ｇ 并 Ｐ Ａ为核 心研 制 了基 于恒 转矩 脉宽调制 的单极性细分 驱动器 。该驱动 器通过 细
分控 制和通路选择结 合的方式 ， 电机 的四相绕组 线 圈得到相 位互 差 ９ 。 使 ０ 的半波 正弦 驱动 电流 ， 既克 服 了传
统 单极性驱动 电路产 生的感应 电势和感应 电流干扰 ， 又避免 了双极 性驱动 电路 电源直 通的危险 。详 述了该驱
ｓ ｌｃ ｉｎ ｉ ｒ ｅ ｏ ｇ ｔｅｅ ｔ ｃ ｃ ｒ ｎ ｖ ｆ ｒ ｆ９ ｅ ｅ ｔｏ ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｅ ｌｃｒ ｕｒｅ ｔｗａ ｅ ｏｍ ｏ ０。ｐｈ ｓ ｉｆｒ ｎｃ ｉ ａ ｅ ｄ ｆｅ ｅ ｅ，ｗｈ ｃ ｖｅｃ ｍｅ ｈ ａ ａ ｉ ｏｔ ｇ ｎ ａ— ｉｈ ｏ ｒ ｏ ｓｔ ｅ ｆｒ ｄ ｅｖ ｌａ ｅ ａ ｄ ｆ ｒ ａ ｉ ｕ ｒ ｎ ｆｕｎｐｏａ ｒｖｎｇ ｃｒ ｕｉｓ ａ ｄ ａ ｏｄｓ ｔｅ ｒｓ ｆｃ ｎ ｃｉｎ ｏ ｗｅ ｎｄ ｇ ｏ ｎ ｄ ｃ ｃ ｒｅ ｔｏ ｉ ｌｒｄ ｉｉ ｉｃ ｔ ｎ ｖ ｉ ｈ ｉｋ ｏ ｏ ｎｅ ｔｏ ｆｐｏ ｒ ａ ｕ ｄ． Ｔ ｅ ｉ ｅｉ ｎ ｏ ｈｅ ｒ ｈ ｍｐｌｔｏ ｆ ｔ
步进电机驱动器细分和不细分的区别
5. 我们如果有兴趣做相关试验, 那么会看到, 最大能带动 10NM 的电机, 在 10 细分后, 也最大差不多能带 动 10NM 的负载. 细分后的运行情况是这样的, SIN(90/10), 不足以带动负载, 第一步丢步; 为 在第一个细分步时, 电机最大扭矩为: 整步运行最大转矩乘以 第二个细分步时, 由上第一步的丢步, 最大功角变
小樊： 引用 加为好友 发送留言 2005-12-13 11:30:00
"细分控制...力矩会有所增加"
大家仔细想想，当电机转子从一相转到另一相时，如果是细分过渡的话，那么其转动过程中的力矩是相等的，都等于单 相通电时的力矩。而非细分控制则在转子从一相到另一相转动的过渡过程中，力矩减小了。所以“细分控制...力矩会 有所增加”是非常正确的。
最大转矩， 并不等于最大能带动的负载，而要比最大能带动的负载大， 具体计算超出本人能力范围． ６．用细分去定位， 前提是， 负载＜电机整步运行最大负载乘以ＳＩＮ（９０／细分数）． 否则， 便无法 准确定细分位． 以上内容， 本人跟其他兄弟，已不止一次在本坛其它地方提及过， 请其他仁兄，在看贴，思考，说结论时， 更认真对待点． 你发的贴子， 你说的话， 不能反应你的技术水平， 但绝对能反应你的人品！ ！ ！ ！ ！ ！ ！ ！ ！ ！ ！ ！ ！ ！ ！ ！ ！ ！ ！ ！
波恩： 引用 加为好友 发送留言 2007-5-20 17:06:00
细分无限大
To “阿修罗的眼泪”： 把你(2007-5-20 必要的话去掉。 另一回帖因不符合论坛主旨，已经删除。
阿修罗的眼泪：
12:03:00)的回帖处理一下，其中的技术言论尚有保留价值，不
引用
加为好友
发送留言
2007-5-20 17:08:00
步进电机驱动器细分和不细分的区别
步进电机驱动器细分和不细分的区别步进电机驱动器细分和不细分的区别: 细分驱动精度高。
细分是步进电机驱动器将上级装置发出的每个脉冲按步进电机驱动器设定的细分系数分成系数个脉冲输出。
比喻步进电机每转一圈为200个脉冲,如果步进电机驱动器细分为32,那么步进电机驱动器需要输出6400个脉冲步进电机才转一圈。
通常步进电机细分有2,4,8,16,32,62,128,256,512....在国外，对于步进电机系统，主要采用二相混合式步进电机及相应的细分步进电机驱动器。
但在国内，广大用户对“细分”还不是特别了解，有的只是认为，细分是为了提高步进电机精度，其实不然，细分主要是改善步进电机的运行性能，现说明如下：步进电机的细分控制是由步进电机驱动器精确控制步进电机的相电流来实现的，以二相步进电机为例，假如步进电机的额定相电流为3A，如果使用常规步进电机驱动器（如常用的恒流斩波方式）驱动该步进电机，步进电机每运行一步，其绕组内的电流将从0突变为3A或从3A突变到0，步进电机相电流的巨大变化，必然会引起步进电机运行的振动和噪音。
如果使用细分步进电机驱动器，在10细分的状态下驱动该步进电机，步进电机每运行一微步，其绕组内的电流变化只有0.3A而不是3A，且电流是以正弦曲线规律变化，这样就大大的改善了步进电机的振动和噪音，因此，在性能上的优点才是细分的真正优点。
由于细分步进电机驱动器要精确控制步进电机的相电流，所以对步进电机驱动器要有相当高的技术要求和工艺要求，成本亦会较高。
注意，国内有一些步进电机驱动器采用“平滑”来取代细分，有的亦称为细分，但这不是真正的细分，望广大用户一定要分清两者的本质不同：1．“平滑”并不精确控制步进电机的相电流，只是把电流的变化率变缓一些，所以“平滑”并不产生微步，而细分的微步是可以用来精确定位的。
2．步进电机的相电流被平滑后，会引起步进电机力矩的下降，而步进电机驱动器细分控制不但不会引起步进电机力矩的下降，相反，步进电机力矩会有所增加。
电脑灯步进电机SPWN细分驱动与调速控制
５ 结语
利用上述方案，选用含四个 ＰＷＮ 比较 输出口的单片机芯片 ＡＴＭＥＧＡ１６Ｌ 和相应 的步进电机驱动电路，对步进电机进行细 分，解决了低频振荡问题，提高定位精度，而 自适应控制调速，能根据步进电机运行特 点，在位置即时变化的情况下提高连贯性， 使舞台灯光的演出效果更加明快、流畅。
图 ２ 流程图
工 程 技 术
刘志新 （ 湖南城建职业技术学院 湖南湘潭 ４ １ １ １ ０ ３ ）
摘 要： 本文在舞台电脑灯步进电机驱动的基础上， 增加了 Ｓ Ｐ Ｗ Ｎ 细分控制并对运动的快速定位进行自适应调节。实验结果这种效果良 好， 克服了步进电机的低速振荡与灯光效果不连贯等问题， 使其更加平稳、顺畅。 关键词： 步进电机 ＳＰＷＮ 细分 自适应控制 中图分类号：ＴＶ７３４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２００９）０６（ｃ）－０１０６－０１
由图 １ 可知，逆变电路功率管的开启时 刻为：
关断时刻为：
参考文献
［１］ 王京池．电脑灯的功能特性和正确使用［Ｊ］． 现代电视技术，２００４．１１．
［２］ 张希林，段吉安．基于 ＡＶＲ 单片机的 ＳＰＷＭ 变频调速控制策略［Ｊ］．电气自动化，２００３．６．
［３］ 张强，郭庆．三相混合式步进电动机 ＳＰＷＭ 控制技术［Ｊ］．微特电机，２００８．１０．
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１０６ 科技创新导报 Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ
软件流程图如图 ２，反转情况与正转类似。
图 １ ＳＰＷＮ 波形
式中 Ｍ 为调制深度，ｕ 为直流电源电
压。对应图中脉冲在，面积为：
关于步进电机细分驱动的计划进行选型
关于步进电机细分驱动的计划进行选型步进电机经过细分驱动器的驱动，其步距角变小了，如驱动器作业在十细分状况时，其步距角只为电机固有步距角的十分之一，也即是说：当驱动器作业在不细分的整步状况时，操控系统每发一个步进脉冲，电机翻滚1.8deg;；而用细分驱动器作业在十细分状况时，电机只翻滚了0.18deg;，这即是细分的根柢概念。
细分功用完美是由驱动器靠准确操控电机的相电流所发作，与电机无关。
挑选驱动器和细分数
最好不挑选整步状况，因为整步状况时振荡较大；尽量挑选小电流、大电感、低电压的驱动器；配用大于作业电流的驱动器、在需求低振荡或高精度时配用细分型驱动器、关于大转矩电机配用高电压型驱动器，以取得超卓的高速功用。
在电机实习运用转速一般较高且对精度峻峭稳性央求不高的场合，不用挑选高细分数驱动器，以便节省本钱；在电机实习运用转速一般很低的条件下，应选用较大细分数，以保证作业滑润，削减振荡和噪音。
步进电机驱动器细分后的首要利益为：彻底消除了电机的低频振荡。
低频振荡是步进电机（格外是反响式电机）的固有特性，而细分是消除它的仅有路径，假定您的步进电机有时要在共振区作业
（如走圆弧），挑选细分驱动器是仅有的挑选。
跋涉了电机的输出转矩。
格外是对三相反响式电机，其力矩比不细分时跋涉约30-40%。
跋涉了电机的分辩率。
因为减小了步距角、跋涉了步距的均匀度，跋涉电机的分辩率是了解了解的。
总归，在挑选细分数时，山社电机主张应概括思考电机的实习作业速度、负载力矩计划、减速器设置状况、精度央求、振荡和噪音央求等。
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步进电机作为电磁机械装置，其进给的分辨率取决于细分驱动技术。
采用软件细分驱动方式，由于编程的灵活性、通用性，使得步进细分驱动的成本低、效率高，要修改方案也易办到。
同时，还可解决步进电机在低速时易出现的低频振动和运行中的噪声等。
但单一的软件细分驱动在精度与速度兼顾上会有矛盾，细分的步数越多，精度越高，但步进电机的转动速度却降低;要提高转动速度，细分的步数就得减少。
为此，设计了多级细分驱动系统，通过不同的细分档位设定，实现不同步数的细分，同时保证了不同的转动速度。
1 细分驱动原理
步进电机控制中已蕴含了细分的机理。
如三相步进电机按A→B→C……的顺序轮流通电，步进电机为整步工作。
而按A→AC→C→CB→B→BA→A……的顺序通电，则步进电机为半步工作。
以A→B为例，若将各相电流看作是向量，则从整步到半步的变换，就是在IA与IB之间插入过渡向量IAB，因为电流向量的合成方向决定了步进电机合成磁势的方向，而合成磁势的转动角度本身就是步进电机的步进角度。
显然，IAB的插入改变了合成磁势的转动大小，使得步进电机的步进角度由θb
变为0.5θb，从而也就实现了2步细分。
由此可见，步进电机的细分原理就是通过等角度有规律的插入电流合成向量，从而减小合成磁势转动角度，达到步进电机细分控制的目的。
在三相步进电机的A相与B相之间插入合成向量AB，则实现了2步细分。
要再实现4步细分，只需在A与AB之间插入3个向量I1、I2、I3，使得合成磁势的转动角度θ1=θ2=θ3=θ4，就实现了4步细分。
但4步细分与2步细分是不同的，由于I1、I2、I33个向量的插入是对电流向量IB的分解，故控制脉冲已变成了阶梯波。
细分程度越高，阶梯波越复杂。
在三相步进电机整步工作时，实现2步细分合成磁势转动过程为
IA→IAB→IB;实现4步细分转动过程为IA→I2→IAB……;而实现8步细分则转
动过程为IA→I1→I2→I3→IAB……。
可见，选择不同的细分步数，就要插入不同的电流合成向量。
2 多级细分驱动系统的实现
2.1系统组成
系统由主机、键盘输入系统、步进显示系统、步进控制系统组成。
主机采用AT89C51单片机，其为低功耗的8位单片机，片内有一个4K字节的Flash可编程、可擦除、只读存储器，故可简化系统构成，且可满足本系统数据存储空间的要求。
主机接收串行口送来的步进控制数据，并对其进行处理，以实施步进控制。
键盘输入系统是用来输入控制所需的细分档位。
系统设计时，考虑到随着细分的精确化，如128步细分时，步距角达到足够小，能满足各种步进要求，故以2
的整数次幂作为细分基准。
步进显示系统由液晶显示器显示当前细分档位和细分后的步进角等参数。
为了减少电路的复杂性，该显示器显示的最小单位规定为0.01°。
步进控制系统由D/A转换部分和驱动系统组成。
D/A转换部分包括3片DAC0830集成芯片和数据锁存系统。
DAC0830转换分辨率是8位，该芯片具有与微处理器兼容、价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点。
D/A转换部分的功能是将二进制代码表示的阶梯波数值转换为相应的电流值输出，经驱动系统放大，控制步进电机转动。
驱动系统采用三级管实现电流放大。
2.2细分阶梯波的产生
细分的实现过程，就是插入电流合成向量和转换电流合成向量的过程。
电流合成向量转化的前提是合成向量的插入。
在系统中，由主机根据设定的细分档位，计算出相关参数，经查表生成相对应的阶梯波，即插入了电流合成向量。
在正转或反转的控制信号下，阶梯波脉冲由输出端口经锁存系统送入D/A转换器件DAC0830进行电流合成向量的转化，输出对应的电流值，经驱动放大控制步进电机，从而实现了细分驱动。
电流合成向量的插入是实现细分的关键，而要得到电流合成向量，首先必须产生阶梯波。
由图1知，在三相电机半步工作的情况下，要实现4步细分，就必
须将B相电流分成4份，但不是等分，需保证θ1=θ2=θ3=θ4。
若θ1、θ2、θ3、θ4分别对应的电流向量是IB1、IB2、IB3、IB4，则在θ1所对应的三角形内，设步进角为θb，则α=180°-θb，β=θb-θ1，由正弦定理得考虑到一般情况，由于细分时步进电机控制脉冲波形是阶梯型，如对B相进行4步细分时,其电流输入依次为IB1、IB1+IB2、IB1+IB2+IB3、IB1+IB2+IB3+IB4，相应合成磁势转过的角度为θ1、θ1+θ2、θ1+θ2+θ3、θ1+θ2+θ3+θ4，此时设IBk即为电流合成向量中B相阶梯波中第k阶的电流值，θk即为此时合成磁势相应转过的角度。
由此推出，对B相来讲，在步进电机的步进角度为θb时，考虑到IA=IB，则阶梯波型其任一阶的电流值为同理，可求得A相和C相在细分时对应的阶梯波电流值。
对（1）式求解，考虑D/A器件DAC0830的转换精度是8位，转换稳定时间是1μs，故最大进行了128步细分的运算，相应求得其对应的细分电流值，并进行了相应的转换，得到对应的二进制数值列表。
此时，列表全部的数值就是在实现128步细分时，对应阶梯波各阶的电流值。
2.3多级细分驱动的实现
要在细分的基础上实现多级细分，就必须针对不同的细分档位生成不同的阶梯波。
为此，该系统采用了循环增量查表法。
首先建立阶梯波数值存储表格，有两种方法，一种是针对每种细分方式建立相应的表格，其特点是细分种类多样，但表格所占空间
较大;另外一种，也就是该系统采用的，以最大细分档位对应的步数仅建立一个表格，大大减少了所需的存储空间，并减少了程序运行中的不稳定因素。
在具体控制中，该系统通过设定循环增量基数，使不同的细分档位对应不同的细分步数，实现了多级细分驱动。
循环增量基数是指针对不同的细分档位，实现等间隔寻址时相应跳跃的步数。
循环增量基数是在细分档位设定后，由相应的计算公式得到。
由于该系统
最大细分步数为128步，即表格最大长度为128个字节，若细分步数为m 步，则循环增量基数为LB=（128/m）-1。
不同的档位对应不同的循环增量基数，同一表格就产生了多级细分所需的阶梯波。
另外，在整步控制的基础上，若细分为m步，对每m步运行中的各项电流值进行分析比较，可发现存在以下规律，即各相电流值的变化趋势，随着相位变化循环地出现，如表1所示。
表1细分控制中各相电流值变化规律
各相A→BB→CC→A
A相高→递减电流值=0增加→高
B相增加→高高→递减电流值=0
C相电流值=0增加→高高→递减
在表1中,每一种保持或变化都是持续m/2步，
且可看出其良好的循环性。
依据以上规律，在具体控制中，该系统单独对由A→B控制时各相相应的电流值变化，实现子程序控制，而对整体控制则采用圆周移位的方式实现，即随着合成磁势在A→B、B→C、C→A的转动，对同一输出地址，相应每m步的控制数据循环出现。
采用这种方式，简化了实际控制程序，提高了控制效率。