單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)細(xì)分控制

1 步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電動機(jī)是純粹的數(shù)字控制電動機(jī)，它將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰?，即給一個脈沖，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)一個角度，因此非常合適單片機(jī)控制，在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個步距角，同時步進(jìn)電機(jī)只有周期性的無累積誤差，精度高。

步進(jìn)電動機(jī)有如下特點：

1）步進(jìn)電動機(jī)的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比。因此，當(dāng)它轉(zhuǎn)一圈后，沒有累計誤差，具有良好的跟隨性。

2）由步進(jìn)電動機(jī)與驅(qū)動電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既簡單、廉價，又非?？煽浚瑫r，它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。

3）步進(jìn)電動機(jī)的動態(tài)響應(yīng)快，易于啟停、正反轉(zhuǎn)及變速。

4）速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平穩(wěn)調(diào)整，低速下仍能獲得較大轉(zhuǎn)距，因此一般可以不用減速器而直接驅(qū)動負(fù)載。

5）步進(jìn)電機(jī)只能通過脈沖電源供電才能運行，不能直接使用交流電源和直流電源。

6）步進(jìn)電機(jī)存在振蕩和失步現(xiàn)象，必須對控制系統(tǒng)和機(jī)械負(fù)載采取相應(yīng)措施。

步進(jìn)電機(jī)具有和機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點，圖1是四相六線制步進(jìn)電機(jī)原理圖，這類步進(jìn)電機(jī)既可作為四相電機(jī)使用，也可以做為兩相電機(jī)使用，使用靈活，因此應(yīng)用廣泛。

步進(jìn)電機(jī)有兩種工作方式：整步方式和半步方式。以步進(jìn)角1.8度四相混合式步進(jìn)電機(jī)為例，在整步方式下，步進(jìn)電機(jī)每接收一個脈沖，旋轉(zhuǎn)1.8度，旋轉(zhuǎn)一周，則需要200個脈沖，在半步方式下，步進(jìn)電機(jī)每接收一個脈沖，旋轉(zhuǎn)0.9度，旋轉(zhuǎn)一周，則需要400個脈沖。控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)必須按一定時序?qū)Σ竭M(jìn)電機(jī)引線輸入脈沖，以上述四相六線制步進(jìn)電機(jī)為例，其半步工作方式和整步工作方式的控制時序如表1和表2所列。

步進(jìn)電機(jī)在低頻工作時，會有振動大、噪聲大的缺點。如果使用細(xì)分方式，就能很好的解決這個問題，步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制，從本質(zhì)上講是通過對步進(jìn)電機(jī)勵磁繞組中電流的控制，使步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部的合成磁場為均勻的圓形旋轉(zhuǎn)磁場，從而實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)步距角的細(xì)分，一般情況下，合成磁場矢量的幅值決定了步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)力矩的大小，相鄰兩合成磁場矢量之間的夾角大小決定了步距角的大小，步進(jìn)電機(jī)半步工作方式就蘊(yùn)涵了細(xì)分的工作原理。

實現(xiàn)細(xì)分方式有多種方法，最常用的是脈寬調(diào)制式斬波驅(qū)動方式，大多數(shù)專用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片都采用這種驅(qū)動方式，TA8435就是其中一種芯片。