什么是步進(jìn)電機(jī)細(xì)分？其控制原理是什么？

步進(jìn)電機(jī)是執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域都有應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)，就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的，通過控制脈沖個(gè)數(shù)控制角位移量，達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的，同時(shí)通過控制脈 沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)作為一種控制用的特種電機(jī)，其沒有積累誤差(精度為100%)，被廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。

步進(jìn)電機(jī)細(xì)分控制是指對(duì)步距角再進(jìn)行詳細(xì)的分步控制。例如，對(duì)一個(gè)步距角為1.8°的兩相四拍電機(jī)進(jìn)行四細(xì)分控制，就是使得電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一步是1.8除以4，也就是0.45°來運(yùn)轉(zhuǎn)。 對(duì)于步進(jìn)電機(jī)來說細(xì)分功能完全是由外部驅(qū)動(dòng)電路精確控制電機(jī)的相電流產(chǎn)生的，和具體電機(jī)無關(guān)。步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制是通過等角度有規(guī)律的插入大小相等的電流合成向量，從而減小合成磁勢(shì)的角度(步距角)，從而達(dá)到細(xì)分目的。步進(jìn)電機(jī)之所以能實(shí)現(xiàn)步進(jìn)就是因?yàn)樵谟布Y(jié)構(gòu)上做了拆分(定子上有不同的通電相，轉(zhuǎn)子上有齒)，使其一次轉(zhuǎn)動(dòng)不是一圈，而是一步一步的按固定的角度轉(zhuǎn)動(dòng)。這一步所轉(zhuǎn)過的角度就是步距角。步距角是步進(jìn)電機(jī)的固有屬性，每一個(gè)步進(jìn)電機(jī)的步距角在設(shè)計(jì)完成之后就是固定的。步進(jìn)電機(jī)步距角和電機(jī)運(yùn)行的拍數(shù)以及轉(zhuǎn)子齒數(shù)有關(guān)，θ=360/NZ(2相電機(jī)的計(jì)公式，本文例子全部以兩相電機(jī)為例，N是拍數(shù)(一般可以通過線數(shù)來確定)，Z是轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。)

步進(jìn)電機(jī)控制已經(jīng)蘊(yùn)含了細(xì)分的原理。電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)每旋轉(zhuǎn)一個(gè)圓周, 步進(jìn)電機(jī)前進(jìn)一整個(gè)步距角。若四相步進(jìn)電機(jī)按A→B→C→D→A 的順序輪流通電, 即整步工作, 磁場(chǎng)分四拍旋轉(zhuǎn), 每次電流換向, 步進(jìn)電機(jī)將前進(jìn)整步距角的1/4。而按A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A 的順序輪流通電, 即半步工作, 每次電流換向, 步進(jìn)電機(jī)將前進(jìn)整步距角的1/8。但是, 如果半步工作狀態(tài)下每拍前進(jìn)的角度超過控制精度要求, 則需要對(duì)步距角進(jìn)行更進(jìn)一步的細(xì)分。我們知道, 電磁力的大小跟繞組通電電流的大小是相關(guān)的。當(dāng)通電相的電流不馬上到達(dá)峰值, 而斷電相的電流也不立

即降為零時(shí), 電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)為上兩相電流共同合成, 而產(chǎn)生的磁場(chǎng)合力, 會(huì)使轉(zhuǎn)子有一個(gè)新的平衡位置, 這個(gè)新的平衡位置在原步距角的范圍內(nèi)。也就是說, 如果繞組電流的波形不再是一個(gè)近似方波, 而是分成N 個(gè)階梯的近似階梯波, 則電流每升或者降一個(gè)階梯時(shí), 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一小步。當(dāng)轉(zhuǎn)子按照這個(gè)規(guī)律轉(zhuǎn)過N 小步時(shí), 實(shí)際相當(dāng)于它轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。這種將一個(gè)步距角分成若干小步的驅(qū)動(dòng)方法, 稱為細(xì)分驅(qū)動(dòng)。

步進(jìn)電機(jī)的原理：通常電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過定子繞組時(shí)，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對(duì)磁場(chǎng)方向與定子的磁場(chǎng)方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場(chǎng)轉(zhuǎn)一個(gè)角度。每輸入一個(gè)電脈沖，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度前進(jìn)一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動(dòng)機(jī)各相繞組的通電順序來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。(一)控制換相順序。通電換相這一過程稱為脈沖分配。例如：三相步進(jìn)電機(jī)的三拍工作方式，其各相通電順序?yàn)锳―B―C― D，通電控制脈沖就必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制A，B，C，D，進(jìn)行電的通斷。(二)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向。如果給定工作方式是正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)就正轉(zhuǎn);如果按反序通電換相，步進(jìn)電機(jī)就反轉(zhuǎn)。(三)控制步進(jìn)電機(jī)的速度。 如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它就再轉(zhuǎn)一步。兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整單片機(jī)發(fā)出的脈沖頻率，就可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。