FPGA的步进电机细分驱动研究与设计+电路原理图+仿真图(3)
步进电机细分驱动技术是一种使用非常广泛且易于精确控制的技术，随着微电子技术的发展，对步进电机控制方法多种多样。基于对FPGA 的步进电机细分驱动技术，满足了现代工业对步进电机的高要求。
本设计将驱动逻辑功能模块和控制器成功地集成在FPGA上实现，利用从FPGA芯片输出的PWM波形信号来控制功率驱动输出想要的电流来控制电机运转，设计明显体现了可编程逻辑器件对数字信号的高速并行处理能力。可以对步进电机绕组中的电流进行细分。而且细分数可以自动调节，减少了驱动器的占有空间。使驱动器的集成度和控制精度得到了很大程度的提高。
2.2 原理分析
2.2.1 步进电机的细分控制原理
一般情况下步进电机的细分控制原理是通过控制电机中各相绕组中的电流，使步进电机内部各项电流合成的磁场是平均分布的圆形旋转磁场，从而实现了对步进电机步距角的细分。在本次设计中采用电流矢量恒幅均匀旋转的细分方法，即分别给绕组同时通以变化的电流，使合成的电流矢量恒幅均匀旋转，从而实现对步进电机步距的均匀控制，步进电机与传统意义上电机的最大不同在于原来步进电机一步转过的角度现在可以分为更多步实现，从而更加精确的控制了电机的转动[9]。
2.2.2 步进电机细分驱动的加减速控制
从步进电机细分驱动的矩频特性可知，步进电机的输出转矩与输入脉冲频率成反比，启动频率越高，转矩就越小，从而带动负载的能力也就越差，电机在启动时容易造成失步，而在电机停止时又会发生过冲。如果要解决步进电机能够快速地达到所要求的速度而又不过冲或失步，其问题关键在于能够使步进电机加速过程中转矩的加速度要求的电机转矩既不能超过这个转矩，又可以完整地利用在各个运行频率下步进电机所提供的转矩。所以，步进电机的转动一般情况下要经过加速转动、匀速转动和减速转动三个阶段，要求恒速转动时间尽可能长，而加减速转动过程中时间尽可能的短。特别在精确度要求较高的工作中，如果要求电机从起点到终点的运行时间是最短的，那么就必须要求步进电机在加速和减速的过程时间最短，并且恒速的速度最高。而从前电机的升速和降速大部分按直线规律，采用这种方法，它的脉冲频率变化有一个恒定的加速度。在步进电机不过冲或失步的条件下，步进电机的转子角加速度和驱动脉冲的频率变化加速度成正比。在步进电机的转矩随着输入脉冲频率的上升而保持恒定的情况下，直线规律的升降速才会是理想的升降速曲线，而步进电机的转矩随着脉冲频率的上升在下降，所以对步进电机来说直线就不会是理想的升降速曲线。虽然说按直线规律升降速的方法较为简单，但是它并不能够使步进电机的加速性能得到最大限度的发挥，也不能保证步进电机在升速和降速的过程中电机转子输出的力矩变化和角加速度的变化相适应。解决这个问题的直接方法就是使用按指数规律升速和降速的离散控制方法，来达到想要的结果。由步进电机的动力学方程和矩频特性曲线，可以推导出如下方程为
（1）
该方程为步进电机的升速特性，步进电机升速特性曲线如图1所示。该图表明如果驱动脉冲的频率f随着时间t的延长作指数规律上升，那么就可以使步进电机的转速在尽可能短的时间内提高到要求的转动速度。