眾所周知，步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式包括整步、半步和細(xì)分驅(qū)動(dòng)。三者既有區(qū)別又有聯(lián)系。目前市場(chǎng)上很多驅(qū)動(dòng)都支持細(xì)分驅(qū)動(dòng)模式。

眾所周知，步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的控制電機(jī)，在數(shù)字控制系統(tǒng)中常被用作執(zhí)行元件。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到脈沖信號(hào)時(shí)，它驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)在設(shè)定的方向上旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定的角度(這個(gè)角度稱為距離角)。

正常運(yùn)動(dòng)下，每轉(zhuǎn)有固定步數(shù)；連續(xù)步進(jìn)時(shí)，轉(zhuǎn)速與輸入脈沖頻率保持嚴(yán)格對(duì)應(yīng)，不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響。本文將帶領(lǐng)您詳細(xì)了解步進(jìn)電機(jī)全步驅(qū)動(dòng)、半步驅(qū)動(dòng)和細(xì)分驅(qū)動(dòng)的工作原理和優(yōu)缺點(diǎn)。

　　步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式

下圖是兩相步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部定子的示意圖。為了使電機(jī)的轉(zhuǎn)子連續(xù)平穩(wěn)地旋轉(zhuǎn)，定子必須產(chǎn)生連續(xù)平均的磁場(chǎng)。宏觀上，電機(jī)轉(zhuǎn)子始終跟隨電機(jī)定子合成的磁場(chǎng)方向。如果定子合成的磁場(chǎng)變化太快，轉(zhuǎn)子跟不上，步進(jìn)電機(jī)就會(huì)失步。

由于電機(jī)轉(zhuǎn)子跟隨電機(jī)定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，電機(jī)定子磁場(chǎng)的強(qiáng)度和方向由定子復(fù)合電流決定，并與其成比例。即只要控制電機(jī)的定子電流，就可以達(dá)到驅(qū)動(dòng)電機(jī)的目的。下圖是兩相步進(jìn)電機(jī)電流合成示意圖。Ia由A-A '相產(chǎn)生，Ib由B-B '相產(chǎn)生。它們兩個(gè)組合產(chǎn)生的電流I就是電機(jī)定子的組合電流，可以代表電機(jī)定子產(chǎn)生磁場(chǎng)的大小和方向。

基于以上對(duì)步進(jìn)電機(jī)的背景描述，步進(jìn)電機(jī)的三種驅(qū)動(dòng)方式，即整步、半步和細(xì)分，都是相同的方法，但一個(gè)圓(360)除以電流的厚度是不同的。

　　1、整步驅(qū)動(dòng)

對(duì)于全步驅(qū)動(dòng)模式，電機(jī)走一整步。比如步進(jìn)角為3.6的步進(jìn)電機(jī)，整步驅(qū)動(dòng)每走一步就要走3.6。

下圖是電機(jī)定子在全步驅(qū)動(dòng)模式下的電流順序示意圖：

從上圖可以看出，整步驅(qū)動(dòng)每次只有一相通電，因此這種驅(qū)動(dòng)方式的驅(qū)動(dòng)電路可以非常簡(jiǎn)單，程序代碼也相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)，從上圖可以得到電機(jī)整步驅(qū)動(dòng)的相序如下：

BB'A'AB'BAA'BB '

下圖是該驅(qū)動(dòng)模式的當(dāng)前矢量分割圖：

可以看出，全步驅(qū)動(dòng)模式的電流矢量將一個(gè)圓等分為四個(gè)。

下圖是全步驅(qū)動(dòng)模式下a相和b相的電流I-T圖：

總結(jié)：

可以看出，全步進(jìn)驅(qū)動(dòng)的缺點(diǎn)是正弦波比較粗糙。這樣驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)低速抖動(dòng)，噪音比較大。但是這種驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是硬件和軟件相對(duì)簡(jiǎn)單，可以很容易的控制驅(qū)動(dòng)器的制造成本。

　　2、半步驅(qū)動(dòng)

對(duì)于半步驅(qū)動(dòng)模式，電機(jī)走半步。例如，對(duì)于步進(jìn)角度為3.6的步進(jìn)電機(jī)，半步驅(qū)動(dòng)每走一步需要1.8(3.6/2)。

下圖是電機(jī)定子在半步驅(qū)動(dòng)模式下的電流順序示意圖：

動(dòng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)" src="http://file.elecfans.com/web1/M00/4F/A1/pIYBAFrf-YmAIq7nAAA8LeSvYTs481.jpg" style="width: 500px; height: 234px;" />

　　由上圖可見(jiàn)，半步驅(qū)動(dòng)方式的比整步驅(qū)動(dòng)方式相對(duì)復(fù)雜一些，在同一時(shí)刻，可能兩個(gè)相都需要被通電，如果要求電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩平穩(wěn)，則需要在兩相同時(shí)通電時(shí)，通電電流應(yīng)該為單相通電電流的sin（45°），即√2/2。當(dāng)然，可以直接通以和單相通電流相等的電流，結(jié)果是電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的力矩不恒定，但它帶來(lái)的好處是驅(qū)動(dòng)電路或軟件編寫的簡(jiǎn)化。

　　以下是這種的驅(qū)動(dòng)方式的驅(qū)動(dòng)相序：

　　BB’→BB’ A’A→A’A→B’B A’A→ B’B→B’B AA’→AA’→ AA’ BB’

　　如果需要反轉(zhuǎn)，只需按以上相序的逆向進(jìn)行通電即可。

　　當(dāng)按以上相序?qū)﹄姍C(jī)通電，產(chǎn)生的電流矢量則可以把一個(gè)圓分割成8份，如下圖所示：

　　半步驅(qū)動(dòng)一方面使電機(jī)的步進(jìn)分辨率提高了一倍，且電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)更為平穩(wěn)。

　　對(duì)比地，半步驅(qū)動(dòng)方式的兩相電流圖如下圖所示：

　　總結(jié)：

　　由上圖看出，半步驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)：描出的正弦波較之整步驅(qū)動(dòng)方式，有了改觀，提高了精度。這樣的好處是在無(wú)需更改電機(jī)的情況下，電機(jī)的步進(jìn)角分辨率提高了一倍，且電機(jī)運(yùn)行相對(duì)安靜一些。

　　3、細(xì)分驅(qū)動(dòng)

　　如下圖，可以看出某種規(guī)律：

　　看上圖，電流矢量分割圓越來(lái)越稠密，如上圖的c。這是4細(xì)分驅(qū)動(dòng)的分割圖，從宏觀上可想象，電機(jī)轉(zhuǎn)子走一步的角度將會(huì)隨著細(xì)分?jǐn)?shù)的增加而減小，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)也越來(lái)越平穩(wěn)、安靜。從某種意義上，整步和半步驅(qū)動(dòng)也是細(xì)分驅(qū)動(dòng)的一樣，它們的關(guān)系就如正方形和長(zhǎng)方形的關(guān)系。

　　上圖是4細(xì)分驅(qū)動(dòng)方式的兩相電流圖，由圖看出，這時(shí)每相電流的曲線較半步驅(qū)動(dòng)時(shí)的電流曲線更加細(xì)膩。

　　電流細(xì)分是細(xì)分驅(qū)動(dòng)的其中一種方法，恒流的實(shí)現(xiàn)常用斬波驅(qū)動(dòng)，給定的電流是以正弦波分布。另一種為電壓細(xì)分，這種方法是比正弦波的電壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)的線圈，可以不需要反饋地實(shí)現(xiàn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)，但是由于電機(jī)的反電勢(shì)等的作用，正弦波電壓驅(qū)動(dòng)并不能產(chǎn)生正弦波的電流，效果沒(méi)有電流細(xì)分好，但是它的驅(qū)動(dòng)電路相對(duì)簡(jiǎn)單。

　　總結(jié)：

　　細(xì)分可以提高電機(jī)的步進(jìn)角分辨率，但是，這并不是細(xì)分驅(qū)動(dòng)的初衷，而是為了減緩步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程的震動(dòng)和噪聲，使電機(jī)的力矩輸出更平穩(wěn)。這有點(diǎn)像數(shù)碼相機(jī)的光學(xué)變焦和數(shù)字變焦的關(guān)系，提高步進(jìn)系統(tǒng)分辨率好依靠電機(jī)本身和機(jī)械結(jié)構(gòu)。

　　在工程應(yīng)用中，電機(jī)的細(xì)分?jǐn)?shù)可能不同，在低速時(shí)，可增大細(xì)分?jǐn)?shù)，當(dāng)速度增加時(shí)，減少細(xì)分?jǐn)?shù)。