新型二相混合式步進電動機系統
王宗培 程 智（哈爾濱工業大學150001）
任 雷（清華大學）
摘 要 介紹電流型驅動的二相混合式步進電動機系統，它可同時具有與五相電動機一樣的分辨率。采用不等齒距的設計，減小二相電動機的定位轉矩，提高其運行性能。采用控制的方法，提高二相電動機系統運行的平穩性。
敘 詞 步進電動機電流型驅動器電流波形控制
1引 言
近30年，步進電動機迅速發展擴大應用領域，確立了在開環高分辨率定位系統中應
用的不可替代的地位[1]，并且在眾多的結構類型中發展成以二相和五相混合式步進電動機系統為主流的格局。與二相電動機相比，五相電動機具有分辨率高、起動頻率高、運行頻域寬、運行平穩性好、定位轉矩小等優勢。但是，二相電動機由于相數少，驅動器成本明顯的低，所以只要二相電動機的運行性能能滿足要求，寧愿采用二相電動機。可見二相混合式進電動機是應用****、生產量****的產品類型，要求較高的場合則采用五相步進電動機。
按照傳統的觀念，步進電動機的驅動器對相繞組的電流作通斷控制，二相電動機可以4狀態和8狀態通電方式運行，五相電動機則可以10狀態和20狀態通電方式運行。五相電動機運行性能的優勢主要是由于相數較多、通電狀態數增多的緣故。步進電動機電流型驅動技術的發展，突破了對相繞組僅作通斷控制的局限，能有效地控制相繞組的電流波形，也就突破了通電狀態數或分辨率受相數的限制。
讓二相電動機相電流的波形為正弦階梯波，若一個電流變化周期的階梯數為20，則它的通電狀態數便是m1=20，電動機的每轉步數：
與標準的五相混合式步進電動機半步運行方式時相同。
采用新型電流型驅動器，讓它的通電狀態數除整步和半步方式m1=4和8以外，還可以有m1=10和20，也就是說電動機的每轉步數有四種選擇，為n1=200、400、500、1 000。這就是本文介紹的新型二相混合式步進電動機系統。本文對這種電動機系統的性能作了全面的研究和改善，使它達到確實可以取代五相混合式電動機的水平。
2二相電流型驅動器
電流波形控制技術主要包括參考電流波形的產生及電流的控制兩大部分。參考電流一般采用微處理器或eprom+d/a的方式產生，而電流控制目前廣泛采用峰值電流型pwm控制方式。這里針對所需細分數不多的情況，采用由電阻網絡分壓，由模擬開關進行選擇的方式來產生參考電流波形。對于20狀態時，可取平衡位置，所需的兩相電流波形為平衡位置角的正弦和余弦為系數再乘以幅值得到。由于正弦、余弦函數各自的對稱性易見這六種波形系數組合；對于10狀態運行，可取與20扶態時相比，其波形系數組合，均在20狀態范疇之內。此外，對于4狀態、8狀態（即二相電動機整步、半步運行方式）有平衡位置與20狀態相比，多增加波形系數組合sin45度，-cos45度實現4狀態、8狀態、10狀態、20狀態通電共需電流波形系數組合為七種，波形系數值為sin0度、sin18度、sin36度、sin54度、sin72度、sin90度及sin45度七種，用兩組6個電阻組成串聯分壓網絡可得到所需的波形系數值，通過兩個多路模擬開關并配合以波形系數選擇信號即可方便地實現所需的電流波形。至于電流的極性控制可由環分訊號參與輔助控制，完成對全h橋導通對角線的選擇。
上述的極性控制方式比單純地以一個符號（或極性）控制信號完成雙極性控制具有一個較突出的優點，即當某相電流設定為零時，對于前述控制方式，由于有環分訊號參與控制，此時全h橋兩對角線均截止，而對于后者則不然，仍需將實現電流與零參考電流訊號進行比較控制來達到零電流，由于比較器的零漂，往往容易造成不穩定，影響步距精度。
圖1所示為二相電流型驅動系統原理性示意圖，對于20狀態、10狀態、8狀態、4狀態，其最小公倍數為40，因此計數器為- 40進制的計數器，配合以2位狀態數選擇信號，與eprom組成環形分配器并發出 |
