步进电机驱动控制的研究+文献综述(7)
图16 微步驱动控制器结构原理图[8]
4.5 步进电动机的闭环伺服控制
下图给出了一个典型的步进伺服驱动系统控制框图。外部输入至脉冲发生器一定频率的脉冲信号，通过脉冲发生器将此信号转换为可控制脉冲信号，并经过环分电路转换为电动机通断信号，用该通断信号来控制驱动电路，驱动电路产生功率放大信号来控制步进电动机。步进电动机控制电路可分为控制脉冲发生器、环分电路、驱动电路三部分。
图17 步进电动机矢量控制位置伺服系统框图[20]
图18 系统硬件结构原理图[20]
4.6 电压和电流与转速、转矩的关系驱动法
利用一个PWM计数器/定时器电路来控制输出脉宽，以数字方式设置输出占空比。通过在电机绕组上施加电压来控制相电流。虽然不能直接控制相电流的幅度，但是，相电流与相电压的大小、负载、转矩、电机电学特性和转速密切相关。有效输出电压与电机电源电压和KVAL系数的积成正比。
步进电机一定时，供给驱动器的电压值对电机性能影响大，电压越高，步进电机能产生的力矩越大，越有利于需要高速应用的场合，但电机的发热随着电压、电流的增加而加大，所以 要注意电机的温度不能超过最大限值。
一个可供参考的经验值：步进电机驱动器的输入电压一般设定在步进电机额定电压的3~25倍。建议：57机座电机采用直流24V-48V，86机座电机采用直流36-70V,110机座电机采用高于直流80V。
对变压器降压，然后整流、滤波得到的直流电源，其滤波电容的容量可按以下工程经验公式选取：C=（8000 X I）/ V（uF）I为绕组电流（A）；V为直流电源电压（V）。
4.7 步进电机细分驱动
步进电机驱动线路,如果按照环形分配器决定的分配方式,控制电动机各相绕组的导通或截止,从而使电动机产生步进所需的旋转磁势拖动转子步进旋转,则步距角只有二种,即整步工作或半步工作,步距角已由电机结构所确定。如果要求步进电机有更小的步距角,更高的分辨率,或者为了电机振动、噪声等原因,可以在每次输入脉冲切换时,只改变相应绕组中额定的一部分,则电机的合成磁势也只旋转步距角的一部分,转子的每步运行也只有步距角的一部分。这里,绕组电流不是一个方波,而是阶梯波,额定电流是台阶式的投入或切除,电流分成多少个台阶,则转子就以同样的次数转过一个步距角,这种将一个步距角细分成若干步的驱动方法,称为细分驱动。在国外,对于步进系统,主要采用二相混合式步进电机及相应的细分驱动器。但在国内,广大用户对“细分”还不是特别了解,有的只是认为,细分是为了提高精度,其实不然,细分主要是改善电机的运行性能。由于细分驱动器要精确控制电机的相电流,所以对驱动器要有相当高的技术要求和工艺要求,成本亦会较高。
为了对步进电机的相电流进行控制，从而达到细分步进电机步距角的目的，人们曾设计了很多种步进电机的细分驱动电路。随着微型计算机的发展，特别是单片计算机的出现，为步进电机的细分驱动带来了便利。目前,步进电机细分驱动电路大多数都采用单片微机控制。单片机根据要求的步距角计算出各相绕组中通过的电流值,并输出到数模转换器(DPA) 中，由DPA 把数字量转换为相应的模拟电压，经过环形分配器加到各相的功放电路上,控制功放电路给各相绕组通以相应的电流，来实现步进电机的细分。单片机控制的步进电机细分驱动电路根据末级功放管的工作状态可分为放大型和开关型两种。