步进电机驱动控制的研究+文献综述(2)
8.5 步进电机驱动软件发展状况 32
9 步进电机的未来发展 32
结 论 33
步进电机驱动控制的研究
1 引言
1.1步进电机及其驱动技术概述
步进电机属于实用的典型机电一体化组件。它是一种将电脉冲信号转化为角位移或直线位移的执行机构，又可称为脉冲电机或阶跃电机。步进电机问世以后，很快确定了自己的应用领域，应用发展己有约30年的历史。
步进电机的种类根据自身的结构不同可分为三大类:反应式(VR，也称磁阻式)、永磁式(PM)和混合式(HB)。其中混合式步进电机兼有反应式和永磁式的双重优点，其自身阻尼作用较好，运行平稳，噪音低、低频振动小，目前混合式步进电机是应用最广泛的电机之一。步进电机的优缺点如下:
(1)在不失步的前提下步进电机的角位移与输入脉冲数严格的成正比，因此不存在累计误差，具有良好的跟随性。
(2)步进电机的动态响应快、易于启停、正反转及变速。
(3)可用数字信号直接进行开环控制，容易构成简单廉价但可靠的数字控制系统。同时，在要求高时它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统。
(4)停止时具有自锁能力。
(5)速度可在相当宽范围内平滑调节。
(6)无刷，电机本体部件少，可靠性高。
(7)一般可以不用减速器而直接驱动负载。
(8)带惯性负载的能力较差。
(9)由于步进电机存在振荡和失步现象，因此必须对控制系统和机械负载采取相应的措施。
(10)步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行，它不能直接使用普通的交直流电源驱动。
虽然步进电机是一种数控元件，易于同数字电路接口。但是，一般数字电路的信号能量远远不足以驱动步进电机，必须有一个与之匹配的驱动电路来驱动步进电机。 步进电机本体和步进电机驱动电路两者密不可分地组成步进电机系统。多年来，随着电力电子技术、自动化控制技术以及计算机网络通信技术的发展步进电机系统尤其是其中的驱动电路部分也不断地发展，国内外围绕步进电机驱动电路做了大量的研究与开发。
1.2 国内外常见步进电机控制系统
在步进电机的发展过程中，出现了多种控制方案:
(1)基于电子电路控制
步进电机受电脉冲信号控制，电脉冲信号的产生、分配、放大全靠电子元器件的动作来实现。由于脉冲控制信号的驱动能力一般都很弱，因此必须有功率放大驱动电路，此种控制电路设计简单，功能强大，可实现一般步进电机的细分任务。
(2)基于单片机控制
采用单片机来控制步进电机，实现了软件与硬件相结合的控制方法。用软件代替环形分配器，达到了对步进电机的最佳控制。系统中采用单片机接口线直接去控制步进电机各相驱动线路。由于单片机的强大功能，还可设计大量的外围电路，键盘作为一个外部中断源，可设置步进电机正转、反转、档次、停止等功能，也可在windows平台下利用VB6.0提供的串行通信控件MSComm来实现PC机与单片机之间的数据通讯，最终实现由PC机直接控制步进电机的方法;采用中断和查询相结合的方法来调用中断服务程序，完成对步进电机的最佳控制。
本方案有以下优点:①单片机软件编程可以使复杂的控制过程实现自动控制和精确控制，避免了失步、振荡等对控制精度的影响；②用软件代替环形分配器，通过对单片机的设定，用同一种电路实现了多相步进电机的控制和驱动，大大提高了接口电路的灵活性和通用性；③单片机的强大功能使显示电路、键盘电路、复位电路、串口通讯电路等外围电路有机组合，大大提高系统的交互性。