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步进电机的细分控制原理
发布者:三拓电气  发布时间:2018-07-26 15:50:15  点击:1013

前提摘要:无论什么样的步进电机,控制方法和其结构是息息相关的。控制电机的第一个知识点:电机运行时,各相通电需要满足一定的时序;第二个知识点:力矩的概念,电机力矩的大小和绕组数量、通电电流大小有关。


那什么是细分控制呢?细分控制的原理又是什么呢?步进电机之所以能实现步进就是因为在硬件结构上做了拆分(定子上有不同的通电相,转子上有齿),使其一次转动不是一圈,而是一步一步的按固定的角度转动,这一步所转过的角度就是步距角。步距角是步进电机的固有属性,每一个步进电机的步距角在设计完成之后就是固定的。步距角和电机运行的拍数以及转子齿数有关,θ=360/NZ(两相电机的计公式,本文例子全部以两相电机为例),N是拍数(一般可以通过线数来确定),Z是转子的齿数。细分控制是指对步距角再进行详细的分步控制。例如,对一个步距角为1.8°的两相四拍电机进行四细分控制,就是使得电机转动一步是1.8除以4,也就是0.45°来运转。


 对于步进电机来说细分功能完全是由外部驱动电路精确控制电机的相电流产生的,和具体电机无关。


下面通过对比图来详细说明一下



上图是步进电机在整步运行时的电流图。图里展示了ab相电流的加载时序A->B->A’->B’->A。



这是步进电机在4细分时的合成电流图。90°平均分成了四份,但是合成电流的大小一直保持不变。


用一句话总结就是:通过等角度有规律的插入大小相等的电流合成向量,从而减小合成磁势的角度(步距角),从而达到细分的目的。


这里保持合成电流的大小相等就是为了保证合成力矩的大小相等,合成力矩相等,电机的运行步数增加,从而实现电机运行稳定性的提高。这里有点类似于用微分发求不规则图形的面积。那是不是说无限细分就能做到步进电机运行的完美无缺呢?理论上是这样的,实际上细分数和电机本身的硬件条件是有关的,电机转子上的齿数不可能无限多,通电相数也是有限的。只能说细分数越高的电机,控制就能越精确。


接着我们来具体分析这几个关键词。第一个就是等角度,等角度就是将步距角平均分成几份。4细分就是平均分成4份,我们同样以两相四拍步进电机为例,它的步距角是1.8°,4细分之后它运行一步就是0.45°。第二个是有规律,有规律的意思是每加一步,运行过的角度就增加0.45度。第三个是大小相等的电流合成向量。我们把ia当成x轴,ib当成y轴来看,合成电流的大小不变。




那么ia=i0*cosθ,ib=i0*sinθ(参考图中添加的虚线)。i0是合成电流的大小,这个合成电流的大小和电机的力矩大小有关。这里我们理解的时候可以简单把i0看成是固定的已知量。


合成电流2的夹角为θ+θ,合成电流3的夹角为θ+θ+θ。这样通过公式结合时序我们就知道a相在什么时间通多大电流,b相在什么时间通多大电流才能保证步进电机按我们设计好的细分数正常工作。

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