步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的分類及比較

1、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的分類及比較步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的分類及比較：步進(jìn) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法的分類主要有恒電壓驅(qū)動(dòng)方式、恒電流斬波 驅(qū)動(dòng)方式和細(xì)分驅(qū)動(dòng)方式。以下是這幾種驅(qū)動(dòng)方式的簡(jiǎn)介及比較。1恒電壓驅(qū)動(dòng)方式1 . 1單電壓驅(qū)動(dòng)單電壓驅(qū)動(dòng)是指在電機(jī)繞組工作過程中，只用一個(gè)方向電壓對(duì)繞組供電。如圖2所示，L為電機(jī)繞組，VCC為電源。當(dāng)輸入信號(hào)In為高電平時(shí)，提供足夠大的基極電流使三極管T處于飽和狀態(tài)，若忽略其飽和壓降，則電源電壓全部作用在電機(jī)繞組上。當(dāng) In為低電平時(shí)，三極管截止，繞組無電流通過。圖2單電壓驅(qū)動(dòng)原理圖圖3高低壓驅(qū)動(dòng)原理圖Rc；為防止關(guān)斷T時(shí)繞組電流變化率太大，而D和電阻Rd,為繞組電流提供一個(gè)泄放

2、回路，成本低、可靠性高。但是由于串入電阻后,為使通電時(shí)繞組電流迅速達(dá)到預(yù)設(shè)電流，串入電阻 產(chǎn)生很大的反電勢(shì)將T擊穿，在繞組的兩端并聯(lián)一個(gè)二極管 也稱“續(xù)流回路”。單電壓功率驅(qū)動(dòng)電路的優(yōu)點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、元件少、 功耗加大，整個(gè)功率驅(qū)動(dòng)電路的效率較低，僅適合于驅(qū)動(dòng)小功率步進(jìn)電機(jī)。2 . 2高低壓驅(qū)動(dòng)為了使通電時(shí)繞組能迅速到達(dá)設(shè)定電流，關(guān)斷時(shí)繞組電流迅速衰減為零，同時(shí)又具有較高的效率， 出現(xiàn)了高低壓驅(qū)動(dòng)方式。如圖3所示,Th、T1分別為高壓管和低壓管，Vh、V1分別為高低壓電源，Ih、I1分別為高低端的脈沖信號(hào)。在導(dǎo)通前沿用高電壓供電來提高電流的前沿上升率，而在前沿過后用低電壓來維持繞組的電流。高

3、低壓驅(qū)動(dòng)可獲得較好的高頻特性，但是由于高壓管的導(dǎo)通時(shí)間不變， 在低頻時(shí)，繞組獲得了過多的能量，容易引起振蕩?？赏ㄟ^改變其高壓管導(dǎo)通時(shí)間來解決低頻振蕩問題，然而其控制電路較單電壓復(fù)雜，可靠 性降低，一旦高壓管失控，將會(huì)因電流太大損壞電機(jī)。2恒電流斬波驅(qū)動(dòng)方式3 . 1自激式恒電流斬波驅(qū)動(dòng)圖4為自激式恒電流斬波驅(qū)動(dòng)框圖。把步進(jìn)電機(jī)繞組電流值轉(zhuǎn)化為一定比例的電壓，與D/A轉(zhuǎn)換器輸出的預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，控制功率管的開關(guān)，從而達(dá)到控制繞組相電流的目的。從理論上講，自激式恒 電流斬波驅(qū)動(dòng)可以將電機(jī)繞組的電流控制在某一恒定值。但由于斬波頻率是可變的，會(huì)使繞組激起很高的 浪涌電壓，因而對(duì)控制電路產(chǎn)生很大的干擾，

4、容易產(chǎn)生振蕩，可靠性大大降低。圖4自激式恒電流斬浪驅(qū)動(dòng)框圖4 . 2它激式恒電流斬波驅(qū)動(dòng)為了解決自激式斬波頻率可變引起的浪涌電壓?jiǎn)栴}， 可在D觸發(fā)器加一個(gè)固定頻率的時(shí)鐘。 這樣基 本上能解決振蕩問題，但仍然存在一些問題。比如：當(dāng)比較器輸出的導(dǎo)通脈沖剛好介于D觸發(fā)器的2個(gè)時(shí)鐘上升沿之間時(shí)，該控制信號(hào)將丟失，一般可通過加大 D觸發(fā)器時(shí)鐘頻率解決。5 細(xì)分驅(qū)動(dòng)方式這是本文討論的重點(diǎn)， 也是該系統(tǒng)采用的驅(qū)動(dòng)方法。 細(xì)分驅(qū)動(dòng)最主要的優(yōu)點(diǎn)是步距角變小， 分辨率 提高，且提高了電機(jī)的定位精度、啟動(dòng)性能和高頻輸出轉(zhuǎn)矩；其次，減弱或消除了步進(jìn)電機(jī)的低頻振動(dòng)， 降低了步進(jìn)電機(jī)在共振區(qū)工作的幾率?？梢哉f細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)

5、是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)的一個(gè)飛躍。細(xì)分驅(qū)動(dòng)是指在每次脈沖切換時(shí)，不是將繞組的全部電流通入或切除，而是只改變相應(yīng)繞組中電流的一部 分，電動(dòng)機(jī)的合成磁勢(shì)也只旋轉(zhuǎn)步距角的一部分。細(xì)分驅(qū)動(dòng)時(shí)，繞組電流不是一個(gè)方波而是階梯波，額定 電流是臺(tái)階式的投入或切除。比如：電流分成n個(gè)臺(tái)階，轉(zhuǎn)子則需要 n次才轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角，即 n細(xì)分，111 *11111i1，I*iiat1.141 * !Lo01111111111I11111k-1H， 41I|r14* 1tai* _. * -T11|1r tA ftI 1V 1I 1t* ii1t I * 巾 I i* 4 4iV A I i| 中 A i圖5 二相電機(jī)

6、4細(xì)分電流階梯波如圖5所不。一般的細(xì)分方法只改變某一相的電流，另一相電流保持不變。如圖5所示，在O。45。，Ia保持不變，Ib由O逐級(jí)變大；在4590 , Ib保持不變，Ia由額定值逐級(jí)變?yōu)?。該方法的優(yōu)點(diǎn)是控制較 為簡(jiǎn)單，在硬件上容易實(shí)現(xiàn)；但由圖6所示的電流矢量合成圖可知，所合成的矢量幅值是不斷變化的，輸出力矩也跟著不斷變化，從而引起滯后角的不斷變化。當(dāng)細(xì)分?jǐn)?shù)很大、微步距角非常小時(shí)，滯后角變化的 差值已大于所要求細(xì)分的微步距角，使得細(xì)分實(shí)際上失去了意義。這就是目前常用的細(xì)分方法的缺陷，那么有沒有一種方法讓矢量角度變化時(shí)同時(shí)保持幅值不變呢？由上面分析可知，只改變單一相電流是不可能的，那么同時(shí)改

7、變兩相電流呢？即匕、Ib以某一數(shù)學(xué)關(guān)系同時(shí)變化，保證變化過程中合成矢量幅值始終不變?；诖?，本文建立一種“額定電流可調(diào)的等角度恒力矩7所示，隨著 A B兩相相電流Ia、Ib的細(xì)分”驅(qū)動(dòng)方法，以消除力距不斷變化引起滯后角的問題。如圖 合成矢量角度不斷變化，其幅值始終為圓的半徑。圖6二相電機(jī)相電流矢合成圖圖7電流可控的等角度恒力矩細(xì)分下面介紹合成矢量幅值保持不變的數(shù)學(xué)模型：當(dāng)Ia=Im cosx , Ib=Im sinx時(shí)（式中Im為電流額定值，Ia、Ib為實(shí)際的相電流，x由細(xì)分?jǐn)?shù)決定），其合成矢量始終為圓的半徑，即恒力距。等角度是指合成的力臂每次旋轉(zhuǎn)的角度一樣。額定電流可調(diào)是指可滿足各種系列電機(jī)的要求。例如,86系列電機(jī)的額定電流為 68 A ,而57系列電機(jī)一般不超過 6 A ,驅(qū)動(dòng)器有各種檔位電流可供選擇。細(xì) 分為對(duì)額定電流的細(xì)分。為實(shí)現(xiàn)