步进电机驱动之全桥驱动与斩波恒流
步进电机细分驱动原理及恒流斩波原理
步进电机细分驱动原理及恒流斩波原理细分的基木概念为：步进电机通过细分驱动器的驱动，其步距角变小了。
如驱动器工作在10细分状态时，其步距角只为'电机固有步距角'的十分之一，也就是：当驱动器工作在不细分的整步状态时，控制系统每发一个步进脉冲，电机转动1.80；而用细分驱动器工作在10细分状态时，电机只转动了0.180。
细分功能完全是山驱动器靠精确控制电机的相电流所产生的，与电机无关。
驱动器细分后的平要优点为：完全消除了电机的低频振荡；提高了电机的输出转矩，尤其是对三相反应式电机，其力矩比不细分时提高约30-40%；提高了电机的分辨率，山于减小了步距角、提高了步距的均匀度，'提高电机的分辨率'是不言而喻的。
以上这些优点，尤其是在性能卜的优点，并不是一个量的变化，而是质的匕跃。
因此，在性能上的优点是细分的真正优点。
细分原理当要求步进电动机有更小的步距角，更高的分辨率(即脉冲当影，或者为减小电动机振动、噪声等原因，可以在每次输入脉冲切换时，不是将绕组电流个部通入或切除，而是只改变相应绕组中额定的一部分，则电动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被，而是阶梯波，额定电流是台阶式的投入或切除，电流分成步进电机细分驱动控制器的研究多少个台阶，则转子就以同样的步数转过一个步距角。
这种将一个步跟角细分成若干步的驱动方法，称为细分驱动。
细分驱动时绕组阶梯电流波形示意图如图2-10所示。
细分技术又称为微步距控制技术，是步进电动机开环控制最新技术之一，利用计算机数字处理技术和D/A转换技术，将图2 Fig2-10 to绕组阶梯电流彼推图.Waveform of Winding Current各相绕组电流通过PWM控制，获得按规律改变其幅值的大小和方向，实现将步进电动机一个整步均分为若干个更细的微步。
每个微步距可能是原来基本步距的数卜分之一，甚至是数百分之一。
单片机控制的步进电动机斩波恒流细分驱动器的实现
单片机控制的步进电动机斩波恒流细分驱动器的实现引言步进电动机是一种将离散的电脉冲信号转化为相应角位移或线位移的电磁机械装置，它输出的角位移与输入的脉冲数成正比，是一种输入与输出脉冲对应的增量驱动元件。
它具有转矩大、惯性小、响应频率高等优点，已经在工业上得到广泛的应用。
但其步矩角较大，一般为1.53，往往满意不了某些高精度定位、精密加工等方面的要求。
实现细分驱动是减小步矩角、提高步进辨别率、增加电动机运行平稳的一种行之有效的方法。
目前步进电动机细分驱动掌握，多采纳量化的梯形波、正弦波作为细分驱动的电流波形，但实际上这些电流波形一般在步进电动机上均不能得到满足的细分精度。
在合理选择电流波形的基础上，提出用at89c52单片机掌握实现的步进电动机斩波恒流细分驱动方案，其运行功率小，牢靠性高，通用性好，细分精度高，具有很强的有用性。
2 细分电流波形的选择及量化步进电动机的细分掌握，从本质上讲是通过对步进电机的励磁绕组中的电流掌握，使步进电动机内部的合成磁场为匀称的圆形旋转磁场，从而实现步进电动机步矩角的细分。
一般状况下，合成磁场矢量的幅值打算了步进电动机旋转力矩的大小，相邻两个合成磁场矢量之间的夹角大小打算了步矩角的大小。
因此，想要实现对步进电机的恒力矩匀称细分掌握，必需合理掌握步进电机绕组中的电流，使电动机内部合成磁场的幅值恒定，而且每个进给脉冲所引起的合成磁场的角度变化也要匀称。
我们知道在空间彼此相差2/m的m 相绕组，分别通以相位上差2/m而幅值相同的正弦电流，则合成的电流矢量便在空间做旋转运动，且幅值保持不便。
这一点对于反映式步进电动机来说比较困难，由于反应式步进电动机来说比较困难，由于反映式步进电动机的旋转磁场只与绕组电流的肯定值有关，而与电流的正反流向无关。
以比较经济合理的方式对步进电机实现步矩角的任意细分，绕组电流波形宣采纳如图1所示的形式<center style="color: rgb(0, 0, 0); font-size: 14px; line-height: 28px; font-family: simsun; orphans: 2; widows: 2;"</center 其中，为电动机转子偏离参考点的角度。
步进电动机的驱动器
步进电动机的驱动器步进电动机的驱动方式分为恒流驱动与恒压驱动两种。
恒压驱动方式因电路构造简单，在高速领域时不易获得转矩特性。
然而恒流驱动方式则是现在广为使用的驱动方式，在高速领域中能掌握优良的转矩特性。
本公司的步进电动机驱动器全部采用此种驱动方式。
恒流驱动方式的概要步进电动机是将流过各线圈的电流按顺序转换使其旋转的，但是转速越快则此转换亦需加快，此时电流的上升无法追随速度将导致转矩下降。
因此，通过比电动机额定电压更高的直流电压斩波的方式，即使于高速时也可对电动机提供额定电流。
以电流检测电阻将流过电动机线圈的电流作为电压取出，并将之与基准电压作比较。
检测电阻的电压若比基准电压低时（未达额定电流时），开关晶体管Tr2持续ON,若比基准电压高时（超过额定电流时），则将Tr2转为OFF。
恒流驱动方式就是以这种方式控制电流线圈, 使其可保持额定电流。
恒流斩波驱动•电压与电流的关系AC输入与DC输入的特性差异步进电动机通过驱动器施加直流电压以驱动电动机。
本公司的DC24V 输入组合产品是将DC24V直接施加于电动机，而AClooV、AC200V 输入产品则是将电压整流成约DC140V电压后施加于电动机。
（部分产品除外。
）对电动机施加电压的差异会造成高速领域时的转矩特性的不同。
这是因为流经电动机线圈的电流上升会随施加电压越高而越快，因此在高速领域也可以流过额定电流。
也就是说，AC输入组合产品从低速领域到高速领域都可获得优异的转矩特性及宽广的速度比。
因此使用时建议您使用AC输入组合产品，因为它可对应机器多样化的使用条件。
微步驱动技术无需通过机械的减速机构即可将5相步进电动机的基本步距角 0. 72°再度细分割(最大250)。
◊特征步进电动机是在每1个由转子与定子的凸极构造决定的步距角度 上进行旋转、停止的，所以具有可以做到高精度且轻易的定位控制的 特征。
相反的，同时也具有每1步距角度的旋转时，转子产生速度变 化，在特定旋转圈数下会产生共振而使振动加大的特性。
恒流斩波驱动原理
恒流斩波驱动原理恒流斩波驱动是一种用于驱动电机的控制方法，它通过控制电流的波形来实现对电机的精确控制。
在这篇文章中，我们将详细介绍恒流斩波驱动的原理及其工作方式。
一、背景介绍恒流斩波驱动是一种用于驱动电机的控制方法，在工业自动化领域得到了广泛的应用。
它可以实现对电机的精确控制，提高系统的响应速度和稳定性。
二、恒流斩波驱动原理恒流斩波驱动的原理是通过改变电流的波形来控制电机的转速和转向。
它采用高频PWM信号控制电流的开关，使电流在正负方向上交替流动，从而实现对电机的精确控制。
在恒流斩波驱动中，首先需要测量电机的电流值。
通过传感器等装置，可以实时监测电机的电流，并将其反馈给控制系统。
控制系统根据电流的大小和方向，计算出控制信号，并通过PWM信号控制电流的开关。
在控制信号中，根据电流的大小和方向，控制系统可以确定开关的状态：当电流为正时，开关闭合，电流从电源流入电机；当电流为负时，开关断开，电流从电机流回电源。
通过不断切换开关的状态，可以使电流在正负方向上交替流动，保持电流的恒定。
三、恒流斩波驱动的工作方式恒流斩波驱动的工作方式可以分为两个阶段：斩波和恒流控制。
1. 斩波阶段在斩波阶段，控制系统根据电流的反馈信号，计算出控制信号，并通过PWM信号控制开关的状态。
根据电流的大小和方向，控制系统可以确定开关的状态：当电流为正时，开关闭合，电流从电源流入电机；当电流为负时，开关断开，电流从电机流回电源。
2. 恒流控制阶段在恒流控制阶段，控制系统通过调整控制信号的周期和占空比，使电流保持在设定的恒定值。
控制系统根据电流的反馈信号和设定值，计算出控制信号，并通过PWM信号控制开关的状态。
通过不断调整控制信号的周期和占空比，控制系统可以使电流保持在恒定值，从而实现对电机的精确控制。
四、恒流斩波驱动的优势恒流斩波驱动具有以下优势：1. 精确控制：恒流斩波驱动可以实现对电机的精确控制，提高系统的响应速度和稳定性。
2. 节能环保：恒流斩波驱动可以根据实际负载情况，调整电流的大小，节约能源，减少对环境的影响。
高低压恒流斩波步进电机驱动器设计
高低压恒流斩波步进电机驱动器设计目录第1章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 课题研究背景及意义 (2)1.2.1 课题背景 (2)1.2.2 课题目的及意义 (3)1.3 研究现状 (3)1.3 研究内容 (6)2 系统整体设计 (7)2.1 系统总体设计 (7)2.2 器件选型 (8)2.2.1 单片机 (8)2.2.2 大功率开关管 (12)2.2.3 显示模块 (12)2.2.4 光栅位移传感器 (13)3 系统硬件设计 (14)3.1 单片机外围电路 (14)3.1.1 时钟电路 (14)3.1.2 复位电路 (14)3.2 键盘电路 (15)3.3 驱动电路 (16)3.4 显示电路 (17)3.5 光栅尺信号处理电路 (17)4 系统软件设计 (19)4.1 编程语言选择 (19)4.2 程序开发环境 (19)4.3 系统主程序设计 (20)4.3.1 单片机主程序 (20)4.3.2 按键及中断程序设计 (20)4.3.3 显示程序 (21)4.3.4 PID控制算法 (23)5 系统测试 (25)5.1 系统调试 (25)5.2 硬件调试 (25)6 总结 (27)参考文献 (28)致谢 (29)第1章绪论1.1 引言步进电机是将电脉冲信号转换成角位移或直线位移的执行元件[1]，其角位移量或线位移量与输入的脉冲数目成比例，速度与脉冲的频率成比例，方向取决于对步进电机各相绕组所加脉冲的顺序。
因此，步进电机可以在数字控制系统中作为数字-模拟转换元件，也可以作为驱动电动机带动机械结构或其它负载装置产生一定的位移或速度。
由于步进电机的位移量与输入的脉冲数量严格成正比，步距误差不会长期积累，所以无需配备位置传感器或速度传感器，就可以容易地实现比较精确的位置控制和速度控制。
因为是直接进行开环控制，所以整个系统简单廉价。
步进电机起动、停止、正反转及变速等易于控制，响应性好。
另外步进电机无刷，电机本体部件少，可靠性高，寿命长。
步进电机桥式驱动电路和双极型PWM恒流驱动（12）
步进电机桥式驱动电路和双极型PWM恒流驱动（12）佚名
【期刊名称】《微特电机》
【年(卷),期】1995(000)006
【摘要】所谓桥式驱动就是使通电电流沿着步进电动机单一线圈的两个方向流动,共有两种方法.其一是用正负两个电源,一个半桥(驱动)电路组合,这种方法驱动三极管用得很少,电路结构简单,但需要两个电源,不能说是很理想的方法.与此相对,另一方法是单一电源与全桥式驱动电路组合,这种方法用功率三极管是前一方法的两倍,但可用一个电源,目前一般都采用一电源法.
【总页数】1页(P37)
【正文语种】中文
【中图分类】TM383.603
【相关文献】
1.一种步进电机PWM恒流驱动技术的研究 [J], 蒋存波;张玉;陈小琴;金红
2.PWM细分恒流步进电机驱动电路的设计 [J], 叶树明;李顶立
3.基于TDA1521的步进电机桥式驱动电路 [J], 李为民;陈鸿强;胡红专;冯志华;邢晓正
4.双极型步进电机的斩波驱动电路设计 [J], 韩俊奇;徐建华;张明星;王良坤
5.步进电机恒流驱动电路设计 [J], 张超;王淳;张晓敏;张晗;康建兵
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步进电机驱动 斩波电路原理
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步进电机斩波控制原理
步进电机斩波控制原理
步进电机斩波控制是一种基于斩波现象来控制步进电机运动的方法。
斩波是指在步进电机驱动中产生的电流脉冲波形被截断，只保留一个脉冲的一部分来控制电机运动。
斩波控制的原理如下：
1. 选取适当的电流控制算法。
常见的控制算法有恒流驱动和恒压驱动两种。
恒流驱动是通过控制驱动电流的大小来驱动步进电机，可以获得较高的驱动精度；恒压驱动是通过控制驱动电压的大小来驱动步进电机，简单易实现，但精度较低。
2. 通过斩波电路对控制信号进行斩波处理。
斩波电路一般由斩波电阻和斩波电容组成，它们的作用是将控制信号进行脉冲截断，去除信号上升和下降较慢的部分，保留脉冲的快速上升和下降部分。
斩波电路的选择要根据步进电机的特性及控制要求进行。
3. 将斩波后的信号输入到步进电机驱动器中。
驱动器根据输入的斩波信号控制电机的转动。
斩波信号的快速变化使得电机能够快速响应，在很短的时间内完成一个步进运动。
4. 根据控制需求，对斩波信号进行适当的调整。
可以通过改变斩波电阻和斩波电容的数值来调整斩波信号的上升和下降时间，进而控制步进电机的转速和停止位置。
总之，步进电机斩波控制通过斩波电路对控制信号进行截断，
保留脉冲的快速变化部分，可以实现步进电机的精确控制和快速响应。
步进电机的恒电流驱动电路原理
步进电机的恒电流驱动电路原理
恒电流斩波器的原理如下图所示，额定电流或设置的驱动电流值为I0时，加电压在绕圈上，若超过所设定的电流值I0，则把所加的电压V关断，使电流削减，若低于所设定的电流值I0，则把所加电压V打开，使电流再增加至所设定的电流值I0……如此反复，使I0为恒定电流。
左图中，V以及I表示1相关断的电压、电流，1相电压加到t1秒时间区间。
假如步进电机低速转动时，不用恒电流斩波器驱动，当流过电机线圈的电流超过额定电流时，电机会产生很高的温升，有可能会烧毁。
在高速运行时，1相绕组电压所加的时间若在左图的t0以下，使电源不能保证供应设定的电流I0值，此时变成恒压驱动。
即在高速运行中，有斩波才能变成恒电流驱动。
电流测量值与设定电流I0相对应的基准电压Vr用差动放大器比较，使其达到设定的电流值，施加到电机的电压斩波器的掌握端。
此处，恒电流斩波电路使用恒电压电路。
同一步进电机的恒电压与恒电流脉冲频率-转矩特性曲线比较如下图所示。
两者在同一额定电流约10pps以内时，具有相同的转矩，但低速时恒电流斩波驱动器产生转矩较大。
稳态电流值两者虽然相同，但由于恒电流斩波驱动器其电流上升快，所以其值略高于平均电流值，使用
上需要留意上述问题。
恒流斩波驱动原理
恒流斩波驱动原理以恒流斩波驱动原理为标题，本文将介绍恒流斩波驱动的原理和工作方式。
恒流斩波驱动是一种控制电路，用于驱动电机或其他负载，以实现恒定的电流输出。
它的原理是通过不断地切换电源的开关状态来控制电流的大小。
当电流达到预设值时，系统会切断电源，停止电流流动；当电流降低到一定程度时，系统会再次接通电源，重新开始电流流动。
这种恒流斩波的工作方式可以实现电流的精确控制，使得电机或负载在不同负载情况下保持稳定的工作状态。
恒流斩波驱动的核心是一个控制电路，它通常由微控制器或专用的控制芯片组成。
控制电路负责检测电流的大小，并根据预设值来控制开关的状态。
当电流超过预设值时，控制电路会发送命令，使开关断开，停止电流流动；当电流低于预设值时，控制电路会发送命令，使开关闭合，重新开始电流流动。
通过不断地切换开关状态，控制电路可以实现对电流的精确控制，使其保持在恒定值。
恒流斩波驱动的工作原理可以通过以下步骤来解释：1.设置电流预设值：在使用恒流斩波驱动之前，需要先设置电流的预设值。
这个预设值根据具体应用的需求来确定，可以通过调节控制电路中的参数或使用外部电阻来实现。
2.检测电流大小：控制电路会不断地检测电流的大小。
通常，控制电路会通过电流传感器来实现对电流的监测。
传感器将电流转换为电压信号，并传递给控制电路进行处理。
3.比较电流与预设值：控制电路会将检测到的电流值与预设值进行比较。
如果电流超过预设值，控制电路会切断电源，停止电流流动；如果电流低于预设值，控制电路会接通电源，重新开始电流流动。
4.切换开关状态：根据比较结果，控制电路会发送命令来切换开关的状态。
开关通常由MOSFET或IGBT等器件组成，它可以快速地切换电源的连接状态。
5.循环控制：恒流斩波驱动是一个闭环控制系统，它会不断地进行上述步骤，以保持电流的稳定输出。
控制电路通过不断地检测和比较电流值，以及切换开关状态，来实现对电流的精确控制。
恒流斩波驱动在工业自动化、电机控制、LED照明等领域有着广泛的应用。
如何优化步进电机的驱动控制算法
如何优化步进电机的驱动控制算法在现代工业和自动化领域，步进电机因其精确的定位和简单的控制方式而得到广泛应用。
然而，要充分发挥步进电机的性能，优化其驱动控制算法至关重要。
首先，我们来了解一下步进电机的基本工作原理。
步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移或线位移的开环控制电机。
每输入一个脉冲信号，电机就转动一个固定的角度。
这种特性使得步进电机在需要精确控制位置和速度的场合具有独特的优势。
要优化步进电机的驱动控制算法，第一步是提高脉冲信号的精度和稳定性。
脉冲信号的质量直接影响电机的运行精度和稳定性。
可以采用更高精度的时钟源来产生脉冲，减少脉冲的抖动和误差。
同时，对脉冲信号进行滤波和整形处理，去除干扰和噪声，确保信号的干净和准确。
其次，合理的细分驱动是优化控制算法的重要手段。
细分驱动是将一个步距角细分成多个微步，从而使电机的运行更加平滑和精确。
通过细分，可以降低电机的振动和噪声，提高运行的平稳性。
在实现细分驱动时，需要精确计算每个微步的电流和相位，以保证电机的输出力矩均匀。
电流控制也是优化驱动控制算法的关键环节。
合适的电流控制策略可以提高电机的效率和输出力矩。
常见的电流控制方式有恒流控制和斩波控制。
恒流控制可以保证电机在不同转速下的输出力矩稳定，但可能会导致较大的功率损耗。
斩波控制则能够根据电机的转速和负载动态调整电流，提高系统的效率，但控制算法相对复杂。
可以根据具体的应用需求选择合适的电流控制方式，并进行参数优化。
另外，加减速控制对于提高电机的运行性能也非常重要。
在电机启动和停止阶段，过快的速度变化会导致失步和冲击。
通过合理的加减速控制算法，可以实现电机的平稳启动和停止，减少对机械系统的冲击。
常见的加减速控制方法有直线加减速和指数加减速。
直线加减速算法简单，但在高速阶段加速度较大；指数加减速则能够在整个速度范围内实现较为平滑的加速度变化。
为了进一步优化控制算法，还可以引入反馈机制。
例如，使用编码器或霍尔传感器来实时监测电机的位置和速度，将反馈信号与给定信号进行比较，通过闭环控制算法对电机的运行进行调整。
步进电机驱动方式的分类及比较
步进电机驱动方式的分类及比较步进电机驱动方式的分类及比较:步进电机驱动方法的分类主要有恒电压驱动方式、恒电流斩波驱动方式和细分驱动方式.以下是这几种驱动方式的简介及比较。
1 恒电压驱动方式1．1 单电压驱动单电压驱动是指在电机绕组工作过程中，只用一个方向电压对绕组供电.如图2所示,L为电机绕组，VCC为电源.当输入信号In为高电平时，提供足够大的基极电流使三极管T处于饱和状态,若忽略其饱和压降,则电源电压全部作用在电机绕组上。
当In为低电平时，三极管截止,绕组无电流通过。
为使通电时绕组电流迅速达到预设电流，串入电阻Rc；为防止关断T时绕组电流变化率太大，而产生很大的反电势将T击穿,在绕组的两端并联一个二极管D和电阻Rd，为绕组电流提供一个泄放回路,也称“续流回路”。
单电压功率驱动电路的优点是电路结构简单、元件少、成本低、可靠性高。
但是由于串入电阻后，功耗加大，整个功率驱动电路的效率较低，仅适合于驱动小功率步进电机。
1．2 高低压驱动为了使通电时绕组能迅速到达设定电流，关断时绕组电流迅速衰减为零,同时又具有较高的效率,出现了高低压驱动方式。
如图3所示，Th、T1分别为高压管和低压管，Vh、V1分别为高低压电源，Ih、I1分别为高低端的脉冲信号.在导通前沿用高电压供电来提高电流的前沿上升率,而在前沿过后用低电压来维持绕组的电流。
高低压驱动可获得较好的高频特性,但是由于高压管的导通时间不变,在低频时，绕组获得了过多的能量，容易引起振荡。
可通过改变其高压管导通时间来解决低频振荡问题，然而其控制电路较单电压复杂，可靠性降低，一旦高压管失控,将会因电流太大损坏电机。
2 恒电流斩波驱动方式2．1 自激式恒电流斩波驱动图4为自激式恒电流斩波驱动框图。
把步进电机绕组电流值转化为一定比例的电压，与D／A转换器输出的预设值进行比较，控制功率管的开关，从而达到控制绕组相电流的目的。
从理论上讲，自激式恒电流斩波驱动可以将电机绕组的电流控制在某一恒定值.但由于斩波频率是可变的，会使绕组激起很高的浪涌电压,因而对控制电路产生很大的干扰,容易产生振荡,可靠性大大降低.2．2 它激式恒电流斩波驱动为了解决自激式斩波频率可变引起的浪涌电压问题，可在D触发器加一个固定频率的时钟。
简单介绍步进电机各种驱动方法的利弊不同之处
简单介绍步进电机各种驱动方法的利弊不同之处步进电机是一种将电能转换为动能的执行机构。
那么步进电机对各种驱动电路利弊在于哪里？简单的介绍步进电机各种驱动器电路利弊关系：恒电压驱动：单电压驱动是指在电机绕组工作过程中，只用一个方向电压对绕组供电，多个绕组交替提供电压。
该方式是一种比较老的驱动方式，现在基本不用了。
优点：电路简单，元件少、控制也简单，实现起来比较简单。
缺点：必须提供足够大的电流的三极管来进行开关处理，电机运转速度比较低，电机振动比较大，发热大。
高低压驱动：由于恒电压驱动存在以上诸多缺点，技术的进一步发展，研发出新的高低压驱动来改善恒电压驱动的部分缺点。
高低压驱动的原理是，在电机运动到整步的时候使用高压控制，在运动到半步的时候使用低压来控制，停止时也是使用低压来控制。
优点：高低压控制在一点程度上改善了振动和噪音，第一次提出细分控制步进电机的概念，同时也提出了停止时电流减半的工作模式。
缺点：电路相对恒电压驱动复杂，对三极管高频特性要求提高，电机低速仍然振动比较大，发热仍然比较大，现在基本上不使用这种驱动模式了。
自激式恒电流斩波驱动：自激式恒电流斩波驱动的工作原理是通过硬件设计当电流达到某个设定值的时候通过硬件将其电流关闭，然后转为另一个绕组通电，另一个绕组通电的电流到某一个固定的电流的时候，又能通过硬件将其关闭，如此反复，推进步进电机运转。
优点：噪音大大减少，转速一定程度上提高了，性能比前两种有一定的提高。
缺点：对电路设计要求比较高，对电路抗干扰要求比较高，容易引起高频，烧坏驱动元件，对元件性能要求比较高。
电流比较斩波驱动（目前市场上主要采用的技术）：电流比较斩波驱动是把步进电机绕组电流值转化为一定比例的电压，与D/A转换器输出的预设值进行比较，比较结果来控制功率管一开关，从而达到控制绕组电流的目的。
优点：使运动控制模拟正弦波的特点，大大提高性能，运动速度和噪音都比较小，可以使用比较高的细分，是当前流行的控制方法。
步进电机控制系统的设计[文献综述]
![步进电机控制系统的设计[文献综述]](https://img.taocdn.com/s3/m/e9a33cfd4b73f242326c5fb6.png)
文献综述电子信息工程步进电机控制系统的设计摘要：步进电机是一种易于精确控制的执行元件，近几年来随着微电子技术的不断发展步进电机的控制方法也随之变得多种多样。
为了提高步进电机控制系统的动态性以及控制精度,本文献因此提出了一系列关于基于现场可编程门阵列（FPGA）和由数字信号处理器（DSP）构成的步进电机控制系统的设计方法。
关键字：现场可编程门阵列（FPGA）；步进电机；数字信号处理器(DSP)；引言20世纪后期随着晶体管的发明逐渐应用于步进电机上，使得对于数字化的控制变得更为容易。
如今的步进电机已广泛运用在高定位精度、高分解能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中[1]。
例如数控机床、计算机设备、自动记录仪等，另外在工业自动化生产线、印刷设备中均有应用。
随着步进电机的应用越来越广泛，步进电机在实时性和灵活性等性能上的要求也越来越高，虽然步进电机的发展迅速，但是在大功率步进电机驱动电源的设计和使用仍然存在问题，很大程度上地限制了大功率步进电机在数控机床、自动控制等技术方面的应用。
一、基本概况步进电机（Stepping Motor）是将电脉冲信号转化为角(线)位移的电元件，当步进驱动器接受脉冲信号后，就会驱动步进电机转动一个固定的角度，即步距角。
因此，通常以通过控制脉冲个数和控制脉冲频率来调节和控制角位移量及电机转动的速度和加速度，从而达到准确的定位和调速的目的。
在非超载的情况下，脉冲信号的频率和脉冲数来决定了电机的转速停止的位置，且不受负载变化的影响。
因此步进电机在速度、位置等控制领域的控制变的非常简单且容易操作。
最早步进电机的原理与今天的反应式步进电机的组成原理基本相同。
随着时代的发展，微型计算机具有多功能的特点，因而步进电动机的控制方式变得灵活和多样。
早期的步进电机的控制系统是分立元件来控制回路，它的缺点是调试安装复杂，要消耗大量元器件，而且定型之后，不容易改变其控制方案。
基于微型计算机的控制系统则是通过软件来控制步进电机，这样能够更好地发挥步进电机的潜力；因此，用微型计算机控制步进电机已经成为一种必然的趋势，并且也符合数字化的时代发展要求。
恒流斩波驱动原理
恒流斩波驱动原理恒流斩波驱动是一种电子控制技术，其原理是通过精确控制电流，将电流恒定，并以高频脉冲方式向负载提供电力。
这种技术广泛应用于LED照明和电机驱动等领域，具有高效率、高稳定性和较小的尺寸等优势。
下面将详细介绍恒流斩波驱动的原理和应用。
首先，我们来了解一下恒流斩波驱动的工作原理。
恒流斩波驱动是基于斩波调制的原理，通过不间断地调整电流脉冲的宽度和频率，以使电流维持在设定的恒定值。
斩波调制技术是一种控制电源开关的方式，通过不断开和闭电源开关来实现电流的调节。
在恒流斩波驱动中，通过控制电源开关的工作周期和占空比来调节电流输出，使其保持在设定的恒定值。
恒流斩波驱动通常由三个主要组成部分组成：电源模块、控制电路和负载。
电源模块负责将输入电源转换为恒定的直流电压，以供给控制电路和负载。
控制电路利用反馈电路和比较器来检测电流的变化，并根据设定值进行调节。
负载是指被驱动的设备，如LED灯或电机等。
在恒流斩波驱动中，控制电路起到关键作用。
它通过对电源开关的控制，使电流始终保持在设定的恒定值。
控制电路会不断检测负载电流，并与设定值进行比较。
如果检测到负载电流超过设定值，控制电路会相应地调整电源开关的工作周期和占空比，以减小电流输出。
反之，如果负载电流小于设定值，控制电路会增大电流输出。
通过这种反馈调节机制，控制电路能够始终保持恒定的电流输出。
恒流斩波驱动在LED照明和电机驱动等领域有着广泛的应用。
在LED照明中，恒流斩波驱动能够确保LED灯的稳定亮度，并延长其使用寿命。
LED灯的亮度是由通过其流过的电流决定的，因此恒流斩波驱动能够确保LED灯的亮度始终保持在设定的值。
在电机驱动中，恒流斩波驱动能够提供稳定的电流输出，确保电机的稳定运行。
电机的性能往往与电流的稳定性有关，恒流斩波驱动能够有效地控制电机的电流，提高其性能和效率。
总之，恒流斩波驱动是一种通过精确控制电流的电子控制技术。
它可以通过斩波调制的原理，将电流恒定，并以高频脉冲方式向负载提供电力。
步进电机恒流驱动原理
步进电机恒流驱动原理今天来聊聊步进电机恒流驱动原理。
你看啊，就像咱们家里的电灯，有时候灯泡突然一闪，你就会担心是不是电流不稳，会影响灯泡的寿命。
步进电机对于电流也特别“敏感”，因为电流要是不稳定，它就没办法准确工作了。
那这个步进电机恒流驱动是怎么回事呢？先得说说步进电机的基本工作情况。
步进电机就像是一个听话但是很讲究的小伙伴，你得精确地控制它，它才能按照你的想法一步一步走得很精准。
如果把电流比作给它的动力，这个动力大小得刚刚好而且要稳定。
打个比方吧，就好像开车。
你要以一个恒定的速度开到目的地，不能一会儿快一会儿慢，发动机输出的动力就得是稳定的，在步进电机里这个动力就是电流。
正常情况下，电机运行起来就会有电阻在捣乱，不同状态下电阻可能还会变，就像路上有时候会有小石子阻碍车轮一样。
那电流随着这个电阻变来变去可不行，恒流驱动就是要把电流稳定住。
有意思的是，这里面运用到了一些电路方面的知识，我一开始也不糊涂得很。
怎么就能保证电流不变呢？这就要说到电路里的一些巧妙设计啦。
比如说，恒流驱动电路会有检测电流的部分，就像车上的速度表，一直监测着电流的大小。
一旦电流这个“速度”有一点偏差，电路就会像我们踩油门或者刹车一样，调整输出的电量，让电流保持不变。
从实用价值上来说，在打印机里就用到了这个。
打印机里面的打印头来回移动，就靠步进电机准确控制位置呢，要是电流不稳，打印头就可能跑错位置，打印出来的东西就乱套了。
不过呢，我也还有些困惑的地方。
在一些复杂的电磁环境下，虽然恒流驱动了，但是电机的表现偶尔还是会有点小偏差，我也还在研究到底是什么原因。
说到这里，你可能会问，那对于我们自己想做个小装置用到步进电机，这有啥要注意的吗？首先，选合适的恒流驱动芯片很重要，就像我们选合适的交通工具才能更好地出行一样。
而且电路的布线也要合理，避免因为布线不合理增加不必要的电阻干扰电路。
我这也是在学习的过程中，如果你对这个有啥独特的见解或者疑问，欢迎一起来讨论啊，我觉得这也是让我进一步理解这个原理的好机会呢。
两相式步进电机全桥驱动电路研究
两相式步进电机全桥驱动电路研究两相式步进电机全桥驱动电路研究摘要：步进电机广泛应用于各种自动化控制系统中，其中两相式步进电机是常用的一种。
为了提高步进电机的精度和效率，本文研究了一种全桥驱动电路。
通过理论分析和实验验证，我们发现该电路能够有效驱动两相式步进电机，提高其性能。
一、引言两相式步进电机是一种常用的电动机，被广泛应用于机械控制系统、医疗设备、自动售货机等领域。
步进电机的工作原理是根据电流脉冲信号进行旋转，每接收到一个脉冲信号，电机就会旋转一定的角度。
目前，常用的两相式步进电机驱动电路主要有全桥驱动电路和半桥驱动电路两种。
全桥驱动电路由于具有较高的驱动效率和较好的动态响应特性，正在逐渐被广泛应用。
二、全桥驱动电路原理全桥驱动电路通过四个MOS管和四个二极管组成，形成H桥结构。
其原理是通过调节每个MOS管的导通和截止来实现对步进电机的控制。
在两相式步进电机中，根据电流脉冲信号的输入，依次控制四个MOS管的导通和截止，从而使电机按照预定的步进角度旋转。
通过准确的控制电流脉冲信号的频率和脉冲宽度，可以实现步进电机的高精度运动。
三、全桥驱动电路的特点与半桥驱动电路相比，全桥驱动电路具有以下几个特点： 1. 高效率：全桥驱动电路通过MOS管的导通与截止进行电流控制，可以使电机获得更高的驱动效率，从而提高系统的工作效率。
2. 动态响应速度快：全桥驱动电路的开关速度快，响应速度快，能够实现对步进电机的快速响应，使其能够更快地旋转。
3. 高精度：全桥驱动电路能够通过精确控制电流脉冲信号的频率和脉冲宽度，从而实现对步进电机的高精度控制，提高步进电机的准确性和稳定性。
四、实验验证为了验证全桥驱动电路对两相式步进电机的驱动效果，我们进行了一系列实验。
实验中，我们使用了一台两相式步进电机和自行设计的全桥驱动电路。
通过改变电流脉冲信号的频率和脉冲宽度，我们观察了电机的运动情况。
实验结果表明，全桥驱动电路能够准确驱动步进电机，使其按照预定步进角度旋转。
步进电机斩波恒流驱动原理
如图3: T1 是一个高频开关管。
T2 管的发射极接一个电流取样小电阻R。
比较器一端接给定电压uc, 另一端接R 上的压降。
控制脉冲ui为低电平时, T1 和T2 均截止。
当ui为高电平时, T1 和T2 均导通, 电源向电机供电。
由于绕组电感的作用, R 上电压逐渐升高, 当超过给定电压uc, 比较器输出低电平, 与
门因此输出低电平, T1 截止, 电源被切断, 绕组电感放电。
当取样电阻上的电压小于给定电压时, 比较器又输出高电平, 与门输出高电平, T1 又导通, 电源又开始向绕组供电, 这样反复循环, 直到ui又为低电平。
因此: T2 每导通一次, T1 导通多次, 绕组的电流波形为锯齿形, 如图4 所示, 在T2 导通的时间里电源是脉冲式供电( 图4 中ua波形) , 所以提高了电源效率, 而且还能有效抑制共振。
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步进电机驱动之全桥驱动与斩波恒流
先看两相绕组的全桥驱动电路，四路基本相同的驱动电路，抓取一组电路来分析：
全桥驱动电路，其中Q7和Q8基极和发射极短接，相当于一个反向的二极管。
为了便于分析，将原理图简化后如下所示：
查看IM2000S芯片手册，对全桥驱动芯片输入脚的定义如下：
以上四个输入端：B相高低端全桥控制信号，用来控制离散的PN,NN的全桥或者半桥IC. 从上述可以知道，输出的是一个离散量，那么，是怎样控制电机，使电机获得一个sin和cos 的电流信号而驱动电机的呢？
这里要深入理解一个概念：斩波恒流！
斩波恒流的原理是：当环形分配器导通的时候，IC2使得TL和TH导通，电源通过TH和TL 和电机向下有电流输出，此时R左端的电压上升，当电流上升到给定电平时，比较器反转，输出为低，使得IC1截止，此时电感使电流缓慢下降，此时通过TL采样的电压变低，当电压低于给定电平时候，比较器反转，使得IC1再次导通，这样可以快速的波动，而使电感上的电流保持一个恒定的值。
当环形分配器给出低电平时，IC1和IC2截止，电流通过D2流入电源，从而实现节能。
此时，再看上图，会发现：
1、BHO和ALO为一个通路，AHO和BLO为一个通路，实现电流的正向和反向。
2、BHO和AHO的开关频率会比BL0，ALO大很多，BL0和ALO只有在正向和负方向反转的时
候出现跳变，而BHO和AHO的频率会很快以实现恒流。
这里值得注意的一点是，上述过程仅仅是在一个细分时候，一个数模转换量上保持的恒流。
如果整步为256细分，则在256细分的每一个细分阶段实际上过程就是上文红色字体运行一遍的一个过程，而要使整个电机转动一圈，则需要完成一个SIN和COS的整个过程，如果上面的过程仍然无法理解，请参看步进电机细分方面的内容。
从整个驱动电路的系统上看，
整个闭环是按照如下进行工作的：
1、TC1002发出一个启动信号，使得全桥驱动芯片导通A+的MOS1和A-的MOS2形成回
路，此时在A-上采集的电压通过比较器与正弦信号输出的给定参考电压形成对比，当电压超过参考电压时，比较器翻转，翻转信号反馈给TC1002，然后低电平的信号反馈给A+的MOS1，此时MOS关闭，电机上的电流通过A+的MOS1流回电源，从而完成周而复始的完成整步的1/N的一次恒流。
2、参考电压(图中OUTA和OUTB)，为一个N细分的正弦和余弦电压波形图，当电压进入
下一个细分电压时，比较器将跟随输出电压，从而使得电机中流过的电流进入下一个电流梯度，进而实现整步的转动。
再看如下的小回路的作用：
也就是当比较器翻转的时候，为了保持电机更加平稳，需要电感上的电流迅速下降然后再经过比较器反馈，迅速导通MOS1，以实现电流的平稳，显然，此处的两个电阻和二极管是为了迅速的放电用的。