步進(jìn)電機的細(xì)分控制原理

無論什么樣的電機，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)電機的各相輪流通電，這樣步進(jìn)電機才能轉(zhuǎn)動起來。這就是控制電機應(yīng)該知道的第一個知識點：電機運行時，各相通電需要滿足一定的時序。第二個知識點就是力矩的概念，電機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)電機之所以能實現(xiàn)步進(jìn)就是因為在硬件結(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)動不是一圈，而是一步一步的按固定的角度轉(zhuǎn)動。這一步所轉(zhuǎn)過的角度就是步距角。步距角是步進(jìn)電機的固有屬性，每一個步進(jìn)電機的步距角在設(shè)計完成之后就是固定的。步距角和電機運行的拍數(shù)以及轉(zhuǎn)子齒數(shù)有關(guān)，θ=360/NZ（2相電機的計算公式，本文例子全部以兩相電機為例），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)。細(xì)分控制是指對步距角再進(jìn)行詳細(xì)的分步控制。例如，對一個步距角為1.8°的兩相四拍電機進(jìn)行四細(xì)分控制，就是使得電機轉(zhuǎn)動一步是1.8除以4，也就是0.45°來運轉(zhuǎn)。

對于步進(jìn)電機來說細(xì)分功能完全是由外部驅(qū)動電路精確控制電機的相電流產(chǎn)生的，和具體電機無關(guān)。下面通過對比圖來詳細(xì)說明一下。

這個是步進(jìn)電機在整步運行時的電流圖。圖里展示了ab相電流的加載時序A->B->A’->B’->A。

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

用一句話總結(jié)就是：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，電機的運行步數(shù)增加，從而實現(xiàn)電機運行穩(wěn)定性的提高。這里有點類似于用微分發(fā)求不規(guī)則圖形的面積。那是不是說我無限細(xì)分就能做到步進(jìn)電機運行的完美無缺呢？理論上是這樣的，實際上細(xì)分?jǐn)?shù)和電機本身的硬件條件是有關(guān)的，電機轉(zhuǎn)子上的齒數(shù)不可能無限多，通電相數(shù)也是有限的。只能說細(xì)分?jǐn)?shù)越高的電機，控制就能越精確。

接著我們來具體分析這幾個關(guān)鍵詞。第一個就是等角度，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)電機為例，它的步距角是1.8°，4細(xì)分之后它運行一步就是0.45°。第二個是有規(guī)律，有規(guī)律的意思是每加一步，運行過的角度就增加0.45度。第三個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）。i0是合成電流的大小，這個合成電流的大小和電機的力矩大小有關(guān)。這里我們理解的時候可以簡單把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。這樣通過公式結(jié)合時序我們就知道a相在什么時間通多大電流，b相在什么時間通多大電流才能保證步進(jìn)電機按我們設(shè)計好的細(xì)分?jǐn)?shù)正常工作。