1、步進電機驅動原理
2、控制方法

1、步進電機驅動原理
二相混合式步進電機的結構

一般定子上有 8 個磁極，彼此不緊貼的 4 個磁極為一繞組。
單數的 4 個磁極便構成步進電機的 A 相，雙數的 4 個磁極便構成步進電機的 B 相。繞組以固定的模式進行環繞，讓一相中的 2 個磁極，工作狀態下擁有一樣的吸引力或者排斥力。

兩相混合步進電機繞組連接圖

正轉通電順序為：A+B+、A-B+、A-B-、A+B- ；反轉通電順序為：A+B+、A+B-、A-B-、A-B+
線圈 1 和線圈 5 串聯，線圈 3 和線圈 7 串聯。當開關 k1 和 k3 閉合時，定子上的磁極 3 與磁極 7 呈 S 極、磁極 1 與磁極 5 呈 N極。當開關 k2 和 k4 閉合時，各個線圈中電流反向，產生的感應磁場反向，即磁極 3 與磁極 7 呈 N 極、磁極 1 與磁極 5 呈 S 極。
二相混合式步進電機步中，步進電機的 S 極轉子，與定子的 S 極磁極反映的磁力是呈現斥力的狀態，而它與定子的 N 極，卻是呈現吸力的狀態；這些力的合力，推動了轉子的轉動。
故而只要單次供電，轉子便會完成一個旋轉動作，同時轉過 1／4 個齒距角。要求轉子完整地旋轉一個齒距角，只需進行 4 次以上操作，而且要換相通電。由于二相混合式步進電機具有僅有兩個相的特性，那么為了完成上述的這一操作，就必須要將某一相進行正向供電后再進行一次反向供電，上述方式叫作雙極性驅動。二相混合式步進電機必須在上述驅動方式下才能進行正常的工作。
主電路運行原理

電路運行時，負載電感足夠大時，電壓基本超前電流相位９０°。對負載而言，定義電流由Ａ＋到Ａ－為正方向，電壓由Ａ＋到Ａ－為正方向。這樣在一個電周期內，電流與電壓共存在４種情況，即電壓為正電流為正、電壓為負電流為正、電壓為負電流為負、電壓為正電流為負將這４種情況按文中順序定義為第１~４類情況。










2、控制方法
細分控制
一般情況下，步進電機運行時，每來一個脈沖，電機轉動一個步距角（整步運行方式）或半個步距角（半步運行方式），但是電機的步距角是由電機本身的結構確定，所以，當沒有細分驅動的條件之下，便必須通過變更控制脈沖的頻率這一條件來實現速度的調整。
對比A+B+、A-B+、A-B-、A+B-，細分控制帶來許多好處
降低步進電機的步距角大小，在電機的精度控制方面也得到了提升；
提高了電機的輸出轉矩；
很好地降低了步進電機的低頻振蕩這一特有現象。

或者說，細分控制就是根據正弦型的反電動勢，來構建正弦型的旋轉磁場，類似永磁同步電機那樣控制。

兩相混合電機半步驅動與二細分驅動時相電流與轉矩矢量變化圖

電壓方程

其中： ia， ib—步進電機A、B兩相線圈的電流； ω、θ表示步進電機的角速度和角位移； Nr—轉子齒數； Ｒ、L表示步進電機各相繞組的電阻和電感； Ua、Ub表示步進電機兩相上的電壓； Km反電動勢系數； J轉子的轉動慣量； TL表示負載轉矩； B表示步進電機摩擦系數。





第一部分是電機運動控制其主要功能是通過上位機給定的運動曲線或運動位移進行運動規劃或者控制之后產生相應的電流給定值，作為第二部分中電流信號的輸入。第二部分為電流控制部分，其主要功能是將給定值和反饋的電流值比較控制然后電壓輸出。第三部通過PWM生成算法生成給驅動器的控制信號。

電流控制
給定兩相相位相差90度的正弦電流，反饋電流和這個正弦給定信號作比較，經過控制器后輸出PWM的占空比作為控制量，完成電流閉環控制。這種方法中，消耗的電流時恒定的，不以負載的變化而變化。通過控制正弦電流的角度，就可以控制電機轉子的轉角。由于控制器硬件性能的原因，所以采用32細分的方法。也就是一個步進周期分成32個微步，給定的正弦電流就是通過微步數得出來的。

紅：反饋實際電流值
藍：給定電流正弦
由上圖可知，控制電壓在速度增高后很大消耗在了反電動勢上面（相電流減小），所以引入前饋控制量，U=E+PID
下圖中，加上了前饋，高速狀態下明顯改善

位置規劃算法

為使步進電機在運行中不出現失步現象，一般要求最高運行頻率小于步進響應頻率fs，在該頻率下，步進電機可以任意啟動、停止或者反轉而不發生失步現象。所以，位置規劃的任務就是根據上位機發過來的指令，規劃出運動軌跡，再通過位置反饋計算出位置和速度進行雙閉環控制，并且限制其最大速度和加速度。微步數作為控制量發給電流控制器。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的两相混合式步进电机控制方法介绍的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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