步进电动机细分驱动器设计与实现
摘要：论述了以电流矢量恒幅均匀旋转原理为基础的步进电动机细分驱动技术。设计利用单片机的St：VV2~Ⅱ控制的电流矢量恒幅均匀旋转的细分驱动模式，并通过软件实现多种细分驱动控制，在此基础上为修正误差引入电流反馈环节，实现了对混合式步进电动机的精确运行控制。实验结果表明，系统能够满足用户的定位精度要求，有效地抑制了运行噪声和机械振动。
关键词：单片机，步进电动机，细分驱动，设计，实验
   0引言
    本文在调研各种驱动技术的基础上，设计了基于电流矢量恒幅均匀旋转和电流追踪型脉宽调制技术的多细分三相混合式步进电机驱动器。为了满足不同用户和不同电机的要求，本设计具有
多种细分方式和步距角，可以输出不同相电流。实验表明，驱动器细分运行时减弱了电机的低速振动，运转平稳，大大减小了噪声。
1细分技术
    步进电机的步距o。——掣(z，为齿数，Ⅳ为拍
    z√v数)。由于受制造工艺的限制，齿数不能做得很多，因此步距角就不可能很小。细分驱动电路在70年代中期由美国学者首次提出。它是建立在步进电机的各相绕组理想对称和步距角特性严格正弦的基础上。它通过控制电动机各相绕组中电流的大小和比例，使步距角减小到原来的几分之一至几十分之一。细分驱动能极大地改善步进电机运行平稳性。近几年来由于微处理机技术的发展，细分技术得到了广泛应用。
    通常步进电机细分驱动有等电流细分驱动法和电流矢量恒幅均匀旋转法。等电流细分驱动法在每次绕组电流进行切换时，不是将绕组电流全部通入或切除，而是在一相绕组电流保持不变的情况下，另一相绕组电流均匀地增大或减小，这样电机的合成磁场只旋转原电角度的一部分，实现细分驱动。但是等电流法不能实现均匀细分步距角，而步距角不均匀又容易引起步进电机的振荡和失步。另外，由于电流矢量的幅值不断改变，输出力矩的大小也无法保持恒定。
    为了使细分后的步距角均匀一致，且输出力矩恒定，本设计采用电流矢量恒幅均匀旋转的细
分驱动方法。该方法在空间上将彼此相差2“加的m相绕组，分别通以相位上相差2“肠而幅值相同的正弦电流，则合成的电流矢量喊磁场矢量)便在空间作旋转运动，且幅值保持不变。这样每当辐角的矢量m值发生变化时，合成矢量转过一个相应的角度，且幅值大小保持不变，从而实现了恒力矩、步距角均匀的细分驱动。
    以三相混合式步进电机为例，三相绕组在空间位置上相差2兀／3。给三相绕组分别通相位相差2兀／3而幅值相同的正弦波电流，则合成的电流矢量在空间做幅值恒定的旋转运动。
 

生变化时，合成矢量转过一个相应的角度，幅值大小保持不变，从理论上电流与力矩成正比关系，因而也就实现了恒力矩、步距角均匀细分驱动。公式(1)～(3)即为步进电机细分控制的数学模型，因此细分只要按公式(1)～(3)给各相绕组通以电流即可达到步矩角细分的目的。若把步进电机每个绕组的正弦电流分成Ⅳ个阶梯，就实现了Ⅳ细分。
    在正弦电流细分具体实施时，对一个周期的正弦波256等分，也就是取256个采样点，算出各采样点的正弦值，再将采样值转换成二进制数据，将此数据存储到单片机，在存储器中建立一个256细分表格。这是细分的最基础的数据，其他的细分级数如4、16、32、64、128细分的数据可以按这个表格间隔的规律取得数据。

2细分驱动的s刚M控制
    根据对细分电流原理的分析，驱动器控制对
提高步进电机的运行性能至关重要。驱动器的控制环节采用电流跟踪型删方式，由细分信号发生环节、细分控制环节和刚M脉宽调制环节等组成。将给定信号与电机电流实测信号相比较，
若实际电流值大于给定值，则通过逆变器开关器件的动作使之减小，反之，则增加。实际输出电流