步進電機細分控制原理

步進電機控制已經蘊含了細分的原理。電機內部磁場每旋轉一個圓周, 步進電機前進一整個步距角。若四相步進電機按A→B→C→D→A 的順序輪流通電, 即整步工作, 磁場分四拍旋轉, 每次電流換向, 步進電機將前進整步距角的1/4。而按A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A 的順序輪流通電, 即半步工作, 每次電流換向, 步進電機將前進整步距角的1/8。

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但是, 如果半步工作狀態下每拍前進的角度超過控制精度要求, 則需要對步距角進行更進一步的細分。我們知道, 電磁力的大小跟繞組通電電流的大小是相關的。當通電相的電流不馬上到達峰值, 而斷電相的電流也不立

即降為零時, 電機內部磁場為上兩相電流共同合成, 而產生的磁場合力, 會使轉子有一個新的平衡位置, 這個新的平衡位置在原步距角的範圍內。也就是說, 如果繞組電流的波形不再是一個近似方波, 而是分成N 個階梯的近似階梯波, 則電流每升或者降一個階梯時, 轉子轉動一小步。當轉子按照這個規律轉過N 小步時, 實際相當於它轉過一個步距角。這種將一個步距角分成若干小步的驅動方法, 稱為細分驅動。

如圖3: T1 是一個高頻開關管。T2 管的發射極接一個電流取樣小電阻R。比較器一端接給定電壓uc, 另一端接R 上的壓降。控制脈衝ui 為低電平時, T1 和T2 均截止。當ui 為高電平時, T1 和T2 均導通, 電源向電機供電。由於繞組電感的作用, R 上電壓逐漸升高, 當超過給定電壓uc, 比較器輸出低電平, 與
門因此輸出低電平, T1 截止, 電源被切斷, 繞組電感放電。當取樣電阻上的電壓小於給定電壓時, 比較器又輸出高電平, 與門輸出高電平, T1 又導通, 電源又開始向繞組供電, 這樣反覆循環, 直到ui 又為低電平。因此: T2 每導通一次, T1 導通多次, 繞組的電流波形為鋸齒形, 如圖4 所示, 在T2 導通的時間裡電源是脈衝式供電( 圖4 中ua 波形) , 所以提高了電源效率, 而且還能有效抑制共振。