新型二相混合式步进电动机系统
王宗培 程 智（哈尔滨工业大学150001）
任 雷（清华大学）
摘 要 介绍电流型驱动的二相混合式步进电动机系统，它可同时具有与五相电动机一样的分辨率。采用不等齿距的设计，减小二相电动机的定位转矩，提高其运行性能。采用控制的方法，提高二相电动机系统运行的平稳性。
叙 词 步进电动机电流型驱动器电流波形控制
1引 言
近30年，步进电动机迅速发展扩大应用领域，确立了在开环高分辨率定位系统中应
用的不可替代的地位[1]，并且在众多的结构类型中发展成以二相和五相混合式步进电动机系统为主流的格局。与二相电动机相比，五相电动机具有分辨率高、起动频率高、运行频域宽、运行平稳性好、定位转矩小等优势。但是，二相电动机由于相数少，驱动器成本明显的低，所以只要二相电动机的运行性能能满足要求，宁愿采用二相电动机。可见二相混合式进电动机是应用****、生产量****的产品类型，要求较高的场合则采用五相步进电动机。
按照传统的观念，步进电动机的驱动器对相绕组的电流作通断控制，二相电动机可以4状态和8状态通电方式运行，五相电动机则可以10状态和20状态通电方式运行。五相电动机运行性能的优势主要是由于相数较多、通电状态数增多的缘故。步进电动机电流型驱动技术的发展，突破了对相绕组仅作通断控制的局限，能有效地控制相绕组的电流波形，也就突破了通电状态数或分辨率受相数的限制。
让二相电动机相电流的波形为正弦阶梯波，若一个电流变化周期的阶梯数为20，则它的通电状态数便是m1=20，电动机的每转步数：
与标准的五相混合式步进电动机半步运行方式时相同。
采用新型电流型驱动器，让它的通电状态数除整步和半步方式m1=4和8以外，还可以有m1=10和20，也就是说电动机的每转步数有四种选择，为n1=200、400、500、1 000。这就是本文介绍的新型二相混合式步进电动机系统。本文对这种电动机系统的性能作了全面的研究和改善，使它达到确实可以取代五相混合式电动机的水平。
2二相电流型驱动器
电流波形控制技术主要包括参考电流波形的产生及电流的控制两大部分。参考电流一般采用微处理器或eprom+d/a的方式产生，而电流控制目前广泛采用峰值电流型pwm控制方式。这里针对所需细分数不多的情况，采用由电阻网络分压，由模拟开关进行选择的方式来产生参考电流波形。对于20状态时，可取平衡位置，所需的两相电流波形为平衡位置角的正弦和余弦为系数再乘以幅值得到。由于正弦、余弦函数各自的对称性易见这六种波形系数组合；对于10状态运行，可取与20扶态时相比，其波形系数组合，均在20状态范畴之内。此外，对于4状态、8状态（即二相电动机整步、半步运行方式）有平衡位置与20状态相比，多增加波形系数组合sin45度，-cos45度实现4状态、8状态、10状态、20状态通电共需电流波形系数组合为七种，波形系数值为sin0度、sin18度、sin36度、sin54度、sin72度、sin90度及sin45度七种，用两组6个电阻组成串联分压网络可得到所需的波形系数值，通过两个多路模拟开关并配合以波形系数选择信号即可方便地实现所需的电流波形。至于电流的极性控制可由环分讯号参与辅助控制，完成对全h桥导通对角线的选择。
上述的极性控制方式比单纯地以一个符号（或极性）控制信号完成双极性控制具有一个较突出的优点，即当某相电流设定为零时，对于前述控制方式，由于有环分讯号参与控制，此时全h桥两对角线均截止，而对于后者则不然，仍需将实现电流与零参考电流讯号进行比较控制来达到零电流，由于比较器的零漂，往往容易造成不稳定，影响步距精度。
图1所示为二相电流型驱动系统原理性示意图，对于20状态、10状态、8状态、4状态，其最小公倍数为40，因此计数器为- 40进制的计数器，配合以2位状态数选择信号，与eprom组成环形分配器并发出 |
