步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制原理

無(wú)論什么樣的電機(jī)，控制方法和其結(jié)構(gòu)是息息相關(guān)的。我們知道按一定的順序給步進(jìn)電機(jī)的各相輪流通電，這樣步進(jìn)電機(jī)才能轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。這就是控制電機(jī)應(yīng)該知道的第一個(gè)知識(shí)點(diǎn)：電機(jī)運(yùn)行時(shí)，各相通電需要滿(mǎn)足一定的時(shí)序。第二個(gè)知識(shí)點(diǎn)就是力矩的概念，電機(jī)力矩的大小和繞組數(shù)量、通電電流大小有關(guān)。

那么什么是細(xì)分控制呢？細(xì)分控制的原理又是什么呢？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(guò)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)算公式，本文例子全部以?xún)上嚯姍C(jī)為例），N是拍數(shù)（一般可以通過(guò)線(xiàn)數(shù)來(lái)確定），Z是轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。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(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)。

對(duì)于步進(jìn)電機(jī)來(lái)說(shuō)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(wú)關(guān)。下面通過(guò)對(duì)比圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明一下。

這個(gè)是步進(jìn)電機(jī)在整步運(yùn)行時(shí)的電流圖。圖里展示了ab相電流的加載時(shí)序A->B->A’->B’->A。

這個(gè)是步進(jìn)電機(jī)在4細(xì)分時(shí)的合成電流圖。90°平均分成了四份，但是合成電流的大小一直保持不變。

用一句話(huà)總結(jié)就是：通過(guò)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)分的目的。

這里保持合成電流的大小相等就是為了保證合成力矩的大小相等，合成力矩相等，電機(jī)的運(yùn)行步數(shù)增加，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性的提高。這里有點(diǎn)類(lèi)似于用微分發(fā)求不規(guī)則圖形的面積。那是不是說(shuō)我無(wú)限細(xì)分就能做到步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的完美無(wú)缺呢？理論上是這樣的，實(shí)際上細(xì)分?jǐn)?shù)和電機(jī)本身的硬件條件是有關(guān)的，電機(jī)轉(zhuǎn)子上的齒數(shù)不可能無(wú)限多，通電相數(shù)也是有限的。只能說(shuō)細(xì)分?jǐn)?shù)越高的電機(jī)，控制就能越精確。

接著我們來(lái)具體分析這幾個(gè)關(guān)鍵詞。第一個(gè)就是等角度，等角度就是將步距角平均分成幾份。4細(xì)分就是平均分成4份，我們同樣以2相4拍步進(jìn)電機(jī)為例，它的步距角是1.8°，4細(xì)分之后它運(yùn)行一步就是0.45°。第二個(gè)是有規(guī)律，有規(guī)律的意思是每加一步，運(yùn)行過(guò)的角度就增加0.45度。第三個(gè)是大小相等的電流合成向量。我們把ia當(dāng)成x軸ib當(dāng)成y軸來(lái)看，合成電流的大小不變，

那么ia=i0*cosθ，ib=i0*sinθ（參考圖中添加的虛線(xiàn)）。i0是合成電流的大小，這個(gè)合成電流的大小和電機(jī)的力矩大小有關(guān)。這里我們理解的時(shí)候可以簡(jiǎn)單把i0看成是固定的已知量。

合成電流2的夾角為θ+θ，合成電流3的夾角為θ+θ+θ。這樣通過(guò)公式結(jié)合時(shí)序我們就知道a相在什么時(shí)間通多大電流，b相在什么時(shí)間通多大電流才能保證步進(jìn)電機(jī)按我們?cè)O(shè)計(jì)好的細(xì)分?jǐn)?shù)正常工作。