步进电机控制系统课件

5.1步进电动机常见步进电机外形构造

第五章步进电动机5.1步进电动机常见步进电机外形构造第五章步进电动机步进电机内部结构通电线圈中磁感应强度B=μH=μnI

Ф=BS．(S是垂直磁感强度的面积)线圈磁通量是由线圈匝数和面积，以及线圈中的通电电流所决定的。步进电机内部结构通电线圈中磁感应强度B=μH=μnI步进电机内部结构步进电机的内部构造

步进电机内部结构步进电机的内部构造

步进电动机构造：由转子（转子铁芯、永磁体、转轴、滚珠轴承），定子（绕组、定子铁芯），前后端盖等组成。最典型两相混合式步进电机的定子有8个大齿，40个小齿，转子有50个小齿；三相电机的定子有9个大齿，45个小齿，转子有50个小齿。电动机构造图转轴成平行方向的断面图步进电动机构造：电动机构造图转轴成平行方向的断面图5.1.1步进电动机结构与工作原理步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械位移的机电执行元件。每当输入一个电脉冲时，它便转过一个固定的角度，这个角度叫步距角β，简称步距。脉冲一个一个输入，电动机便一步一步转动。

步进电动机的分类：工作原理反应式永磁式混合式输出转矩大小快速步进电机功率步进电机励磁相数二、三、四、五、六、八相等角位移输入脉冲个数运行速度输入脉冲频率5.1.1步进电动机结构与工作原理步进电动机是一种以反应式为例说明步进电机的结构和工作原理通常按励磁方式分为三大类：1）反应式：

转子为软磁材料，无绕组，定、转子开小齿、步距角小。2）永磁式：

转子为永磁材料，转子的极数=每相定子极数，不开小齿，步距角较大，力矩较大。3）混合式：

转子为永磁式、两段，开小齿，转矩大、动态性能好、步距角小，但结构复杂，成本较高。步进电动机的种类以反应式为例说明步进电机的结构和工作原理通常按励磁方式分为三

反应式步进电动机结构：反应式步进电动机结构：一、步进电动机的组成

如图所示为一台三相反应式步进电动机的结构示意图，同样由定子和转子组成。定子：由定子铁心、绕组、绝缘材料等组成

励磁绕组由外部脉冲信号对各相绕组轮流励磁。如图所示。

转子：由转子铁心、转轴等组成。转子铁心是由硅钢片或软磁材料叠压而成的齿形铁心。一、步进电动机的组成如图所示为一台三相反应式步进电动

其中定子的三个励磁绕组，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。错开的距离分别为1/3(T)、2/3(T)。T为相邻两齿轴线间的距离。其中定子的三个励磁绕组，其几何轴线依次分别与二、步进电动机的工作原理

给A相绕组通电时，转子位置如图（a），转子齿偏离定子齿一个角度。由于励磁磁通力图沿磁阻最小路径通过，因此对转子产生电磁吸力，迫使转子齿转动，当转子转到与定子齿对齐位置时(图b)，因转子只受径向力而无切线力，故转矩为零，转子被锁定在这个位置上。由此可见：错齿是使得步进电机旋转的根本原因。a)b)二、步进电动机的工作原理给A相绕组通电时，转子位置5.1.2通电方式一、步进电动机的通电方式步进电动机的转速既取决于控制绕组的通电频率，也取决于绕组通电方式，三相步进电机一般有单三拍、单双六拍和双三拍等通电方式，其中“单”是指每次切换前后只有一相绕组通电，“双”指每次有两相绕组通电；而从一种通电状态转换到另一种通电状态就叫“拍”。5.1.2通电方式一、步进电动机的通电方式

1.单相通电方式：指对每相绕组单独轮流通电，对于三相步进电动机：如果要改变旋转方向，则只要改变通电顺序即可，如通电顺序改为A－Ｃ－Ｂ－Ａ时，转子按逆时针方向一步一步转动。齿距角：转子齿与齿之间的角度。步距角：转子每步转过的角度。每次转动30o，因此，当通电顺序为A－B－Ｃ－Ａ时，转子按顺时针方向一步一步转动。每换接一次，则转子前进一个步距角。电流换接三次，磁场旋转一周，转子前进一个齿距角，这里是90o。1.单相通电方式：指对每相绕组单独轮流通电，对于三

3.双拍工作方式：正转：AB-BC-CA-AB

反转：AC-CA-BC-AC

2.三相六拍工作方式：

每次转动15o，当通电顺序按A-AB-B-BC-C-CA-A时，则转子便按顺时针方向一步一步地转动，步距角为15o。电流换接六次，磁场旋转一周，转子前进了一个齿距。如果要反转，则通电顺序改为A-CA-C-BC-B-AB-A即可。同样双三拍通电方式每走一步前进了一个步距角（30o）。3.双拍工作方式：2.三相六拍工作方式：二、步进电动机的步距角

由一个通电状态改变到下一个通电状态时，电动机转子所转过的角度称为步距角。设转子的齿数为Z，则齿距为：

τ=360/Z步距角：

＝齿距/拍数=360/（KmZ）

其中：Z－转子齿数

m－定子绕组相数

K－通电系数K=1,2，（单三拍、双三拍时，K＝1；单、双六拍时，K＝2）

若二相步进电动机的Z=100，单拍运行时，其步距角若按单、双通电方式运行时，步距角二、步进电动机的步距角由一个通电状态改变到下一个通电

由此可见，步进电动机的转子齿数Z和定子相数(或运行拍数)愈多，则步距角愈小，控制越精确。当定子控制绕组按着一定顺序不断地轮流通电时，步进电动机就持续不断地旋转。如果电脉冲的频率为f(HZ)，步距角用弧度表示，则步进电动机的转速为：（r/min标注为rpm）由此可见，步进电动机的转子齿数Z和定子相数(5.1.3步距角的细分

单相或双相通电时，称为整步运行；整步又称自然步。

单、双相通电时，称为半步运行。

整步或半步运行时，因单步增量都比较大，而运行振动直接与步增量有关。

细分的目的就是将自然步进行细分，得到微步距，以得到较好的运行性能。5.1.3步距角的细分单相或双相通电时，称细分时：

A相绕组额定电流：转子停在A-A位置A相绕组额定电流、B相绕组1/2额定电流：转子停在位置Ⅱ，转角150A相绕组额定电流、B相绕组额定电流时：转子停在位置Ⅰ，转角150A相绕组1/2额定电流、B相绕组额定电流：转子停在位置Ⅲ，转角150B相绕组额定电流：转子停在位置B-B，转角150这就是4细分，即一步分成4步。目前常用细分系数有2、4、8、16、32、64图5.4步距细分原理图细分时：这就是4细分，即一步分成4步。目前常用细分系数有2不细分时:A相绕组通电：转子停在A-A位置

A、B相绕组通电：转子停在位置Ⅰ，转角300B相绕组通电：转子停在B-B位置

，转角300不细分时:5.1.4步进电动机的主要性能指标一、步进电机的静态指标相数：产生磁场的激励线圈的励磁数（定子绕组的个数），一般分为三相、四相、五相、六相甚至八相。目前多用三至六相的步进电机；拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，用n表示，磁场一个周期360°，转过一个机械齿距角；步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移，用θ表示；定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩；静转矩：电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运行时，电机转轴的锁定力矩。该力矩是衡量电机体积的标准，与驱动电压及驱动电源无关。5.1.4步进电动机的主要性能指标一、步进电机的静态指标相力矩：

电机一旦通电，在定子和转子间将产生磁场，转子与定子错开一定角度（磁通量Ф）。力F与定子和转子的错开角有关，与（dФ/dθ)成正比。

Ф＝BrSBr为磁通密度，S为导磁面积。F与LDBr成正比，L为铁芯有效长度，D为转子直径。Br＝N×I/R，N×I为励磁绕组安匝数，R为磁阻，磁阻与磁导率成反比。力矩＝力×半径。力矩与电机有效体积×安匝数×磁密成正比，因此电机有效体积越大，励磁安匝数越大，定转子间气隙越小，力矩越大。二、步进电机的动态指标步距角精度：步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。用％表示。不同运行拍数其值不同，四拍运行时应在5％以内，八拍运行时应在15％以内。力矩：电机一旦通电，在定子和转子间将产生磁场，输出转矩：电动机轴上的输出转矩的大小

步进电动机的输出转矩与脉冲频率的函数关系称为矩频特性。失步：电机运转时运转的步数不等于理论上的步数。失调角：转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的。最大空载启动频率：电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接启动的最大频率。最大空载运行频率：电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，电机不带负载的最高转速频率。输出转矩：电动机轴上的输出转矩的大小步进电动机的输出转矩与三、步进电动机的主要特性

1.矩角特性矩角特性指电磁转矩与偏转角的关系2.启动惯频特性启动频率和轴上负载转动惯量之间的关系θe达到±π/2，定子齿与转子齿错开1/4个齿距时，转矩T达到最大值，称为最大静转矩Tsmax。负载转矩一般为Tsmax的30~50%。在负载转矩TL=0的条件下，步进电动机由静止状态突然启动、不失步地进入正常运行状态所允许的最高启动频率，称为启动频率。启动频率与转子转动惯量、折算转动惯量有关。实际启动频率由于TL存在，比标称数值要低。拍数越多，步距角越小，极限启动频率越高；最大静转矩越大，电磁力矩越大，转子加速度就越大，启动频率也越高。定子每相绕组通电循环一周（360度电角度），对应转子在空间转过一个齿距（360°/Z机械角度）。三、步进电动机的主要特性1.矩角特性三、步进电动机的主要特性

3.运行频率特性步进电动机启动后，当控制的脉冲频率连续上升时能不失步运行的最高频率脉冲重复频率称为连续运行平率。

转动惯量主要应影响运行频率连续升降的速度，而步进电动机的绕组电感和驱动电源的电压对运行频率的上限影响很大。实际启动频率比运行频率低得多。

通常采用自动升降频的方式，即步进电动机先在低频下启动，再逐渐升高至运行频率；当步进电动机停转时，先将脉冲频率降低至启动频率以下，再停止输出脉冲，这样，步进电动机就能不失步地准确停止。三、步进电动机的主要特性3.运行频率特性三、步进电动机的主要特性4.矩频特性

负载转动惯量一定且稳定运行时，定子绕组电流变化（最大输出转矩）和频率的关系

负载转矩与连续运行时频率的关系频率很低频率增高频率很高最大输出转矩随脉冲频率的升高而下降。绕组电感和驱动电源电压对矩频特性影响很大。低频区，矩频特性平坦。高频区，矩频曲线急剧下降。步进电机高频特性差。从静止到高速，需要加速过程。从高速到静止，需要减速。否则会出现失步。步进电机先低频启动，然后升至运行频率。运行频率增高，负载能力变差。三、步进电动机的主要特性4.矩频特性三、步进电动机的主要特性

5.精度

精度最大步距误差：电动机旋转一周相邻两步之间的实际步距与理想步距的最大差值最大累计误差：旋转一周范围内，从任何位置开始经过任意步后角位移的最大误差值步进电动机在一周内存在最大步距误差或最大累计误差。但没有累计误差。即：旋转一周后误差被清除。三、步进电动机的主要特性5.精度

一、步进电动机驱动电源的组成脉冲分配器功放电路三相步进电机负载功率电源分配器电源功放电路功放电路功率放大器步进脉冲方向信号ABC脉冲分配器+功率放大电路第11章

步进电动机控制系统一、步进电动机驱动电源的组成脉功放电路三负载功率电源分配1.脉冲分配器

当方向电平为低时，脉冲分配器的输出按A-B-C的顺序循环产生脉冲。

当方向电平为高时，脉冲分配器的输出按A-C-B的顺序循环产生脉冲。

2.功率放大器

将脉冲分配器的输出信号进行电流放大后给电动机的定子绕组供电，使电动机的转子产生输出转矩。1.脉冲分配器当方向电平为低时，脉冲分配器的输出按A-11.1步进电动机的环形分配器

步进电动机的环形分配器可由硬件或软件方法来实现。

硬件环形分配器：由计数器等数字电路组成的。有较好的响应速度，且具有直观、维护方便等优点。

软件环形分配器：由计算机接口电路和相应的软件组成的。受到微型计算机运算速度的限制，有时难以满足高速实时控制的要求。

一、硬件环形分配器：

硬件环形分配器由门电路、双稳态触发器或逻辑阵列芯片（GAL、PLD）组成的逻辑电路来实现。11.1步进电动机的环形分配器步进电动机的环形分1.由J－K触发器组成的环形分配器JKQn+1功能00Qn保持010置0101置111翻转1.由J－K触发器组成的环形分配器JKQn+1功能00Q11.1由J－K触发器组成的环形分配器逻辑真值表序号控制信号状态输出状态导电绕组CAJCBJCCJQAQBQC0110100A1010110AB2011010B3001011BC4101001C5100101CA6110100A11.1由J－K触发器组成的环形分配器逻辑真值表序号控制2.专用集成芯片或通用可编程逻辑器件组成的环形分配器CH250是专门为三相反应式步进电动机设计的环形分配器，采用CMOS工艺，集成度高，可靠性好。其管脚分布及三相双六拍工作时的接线见图11.3，和状态表11.2。2.专用集成芯片或通用可编程逻辑器件组成的环形分配器第1章步进电机控制系统课件3.EPROM在环形分配器中的应用EPROM环形分配器在硬件电路不动的情况下，只需改变软件内存储器的地址，就可是实现多种通电方式。

EPROM环形分配器特点：（1）线路简单，仅有可逆计数器和存储器两部分；（2）一种线路可实现多种励磁方式的分配，只要在不同的地址区域存储不同的状态表，除软件工作外，硬件线路不变；（3）可彻底排除非法状态；可有多种输入端，便于同控制器连接。3.EPROM在环形分配器中的应用EPRO

二、软件环形分配

软件环分的方法是利用计算机程序来设定硬件接口的位状态，从而产生一定的脉冲分配输出。

1)输出接口8155单片机本身包含4个8位I/O端口，分别为PC0、PC1、PC2。

输出接口是将计算机的输出端与步进电动机的每相绕组一一对应起来。

若要实现三相步进电动机的脉冲分配，需要三根输出口线，本例中选P1口的P1.0、P1.1、P1.2位作为脉冲分配的输出。二、软件环形分配软件环分的方法是利用计算机程序来设2)输出模型

如果三相步进电动机按单、双拍通电方式工作，即:

正转：A-AB-B-BC-C-CA

反转：A-AC-C-CB-B-BC

根据8031单片机的基本原理，对P1.0、P1.1、P1.2位编程使其按表规定改变输出状态就实现了三相六拍分配任务。2)输出模型如果三相步进电动机按单、双拍第1章步进电机控制系统课件3.控制程序按正转和反转的要求将输出模型向输出接口发送，并控制步进电动机的速度。以三相单三拍为例，步进电动机选装方向标志FLAG=1，表示正转，FLAG=0，表示反转；输出模型01H、02H、03H存放在地址S为起始地址的内存单元中，反转时只需反向读取模型。3.控制程序按正转和反转的要求将输出模型向输出接口发送，并11.2步进电动机的功率放大电路

步进电动机的功率驱动电路实际上是一种脉冲放大电路，使脉冲具有一定的功率驱动能力。

由于功率放大器的输出直接驱动电动机绕组，因此，功率放大电路的性能对步进电动机的运行性能影响很大。

11.2.1单电压驱动电路

L－是电动机绕组VT－开关晶体管

外接电阻R两端并联电容C（初期电流主要流过电容C，将电阻傍路掉），电容电压不能突变，使绕组电流上升更快，所以，电容C又称为加速电容。

二极管V在晶体管VT截止时起续流和保护作用，串联电阻使电流下降更快，从而使绕组电流波形后沿变陡。由于步进电动机绕组是电感性负载，故当绕组L中的电流不能突变，而是按指数规律上升，时间常数τ=L/(r+R)。由于步进电动机绕组的内阻r很小，因此时间常数很大，绕组中的电流上升很慢，严重影响步进电动机起动频率。串接电阻R可减小时间常数，使脉冲电流的前沿变陡，从而改善步进电动机的频率响应

11.2步进电动机的功率放大电路步进电动机的功率11.2.2高低压切换型驱动电路

在t1～t2的时间内，VT1、VT2均饱和导通，+80V的电源经VT1、VT2管加到步进电动机的绕组L上，使其电流迅速上升。当时间到达t2（采用定时方法），或当电流上升到某值（采用定流方法）时，Ub2为低电平，此时VT2管截止，电动机绕组的电流由+12V经VT1管来维持，此时电流下降到电动机的额定电流。直到t3时，Ubl也为低电平，VT1管截止，绕组电流下降到零。

Ubl和Ub2的电压：环行分配器每相输出的脉冲信号分两路，一路如单电压线路直接用来控制低压管V1的导通和截止。另一路采用改变微分电路或单稳触发器电路时间常数的办法，使脉宽变窄，用来控制高电压管的V2的导通和截止，在时间上，这两路控制信号同时到达。

高低压驱动线路的优点是：功耗小，启动力矩大，突跳频率和工作频率高。缺点是：大功率管的数量要多用一倍，增加了驱动电源。11.2.2高低压切换型驱动电路在t1～t2的时间内，V11.2.3斩波恒流驱动电路当绕组中电流为某个数值时，由于采样电阻Re的反馈作用，经整形、放大后送到VT1基极，使其截止，绕组由低压U2供电，绕组中电流立即下降，刚降至额定值以下时，由于Re的反馈作用，经整形电路无输出，此时高用压放大电路又使VT1导通，电流上升。如此反复形成锯齿波。图11.10斩波恒流驱动原理图和电流波形（a）电路原理图(b)电流波形图11.2.3斩波恒流驱动电路当绕组中电流11.2.3斩波恒流驱动电路绕组中电流为一个在额定电流值上下波动、呈锯齿状的电流波形，近似恒流。锯齿波的频率可通过采样电阻Re和整形电路的电位器来调整。斩波电路可使步进电机的运行矩频特性、启动矩频特性和惯性矩频特性有明显提高。使绕组中的脉冲电流边沿陡，快速响应好。采样电阻Re很小，整个系统功耗小。绕组中电流不随步进电机的转速变化而变化，从而保证在很大频率范围内，能输出恒大的转矩。图11.10斩波恒流驱动原理图和电流波形（a）电路原理图(b)电流波形图11.2.3斩波恒流驱动电路绕组中电流为一个在额定电流值11.2.4调频调压驱动电路

高低压或斩波恒流驱动电路，为提高高频响应，都采取提高供电电压，加快电流上升前沿的措施，这会加剧低频振荡。

低速时绕组电流上升前沿较平缓，高速时电流前沿较陡。这就要求低频时低压供电，高频时高压供电，调频调压即可满足要求。

I/O1输出步进信号；I/O2输出调压信号。

当I/O1输出步进脉冲、I/O2输出负脉冲，VT1、VT2导通，U1向电感Ls、电容C谐振充电；当负脉冲过后，电容C储能通过续流二极管放电。

通过单片机控制，步进信号I/O1频率高，从I/O2输出的负脉冲ton变大，U2也随之变大，这就起到调频调压的作用。图11.11调频调压驱动电路11.2.4调频调压驱动电路高低压或斩波恒流11.3步进电动机的控制与有细分驱动器应用11.3.1步进电动机步距角的细分控制为了提高数控精度，应减小脉冲当量δ，方法如下：（1）减小步进电动机的步距角；（2）加大步进电动机与传动丝杠间齿轮的传动比和减小传动丝杠的螺距；（3）将步进电动机的步距角细分。11.3步进电动机的控制与有细分驱动器应用为了提高数控精度步进电机控制已经蕴含了细分的原理。电机内部磁场每旋转一个圆周,步进电机前进一整个步距角。若三相步进电机按A→B→C→A的顺序轮流通电,即整步工作,磁场分三拍旋转,每次电流换向,步进电机将前进整步距角的1/3。而按A→AB→B→BC→C→CA→A的顺序轮流通电,半步工作,每次电流换向，步进电机将前进整步距角的1/6。但是,如果半步工作状态下每拍前进的角度超过控制精度要求,则需要对步距角进行更进一步的细分。电磁力的大小跟绕组通电电流的大小是相关的。当通电相的电流不马上到达峰值,而断电相的电流也不立即降为零时,电机内部磁场为上两相电流共同合成,而产生的磁场合力,会使转子有一个新的平衡位置,这个新的平衡位置在原步距角的范围内。即：如果绕组电流的波形不再是一个近似方波,而是分成N个阶梯的近似阶梯波,则电流每升或者降一个阶梯时,转子转动一小步。当转子按照这个规律转过N小步时,实际相当于它转过一个步距角。这种将一个步距角分成若干小步的驱动方法,称为细分驱动。步进电机控制已经蕴含了细分的原理。实现阶梯波供电的两种方法：（1）先放大后叠加：将通过细分环形分配器所形成的各个等幅等宽的脉冲分别进行放大，然后在步进电动机绕组中叠加起来形成阶梯波。驱动管工作于开关状态，损耗小，适合大功率场合。（2）先叠加后放大：在利用运算放大器来叠加，或采用公共负载的方法，把方波合成为阶梯波，然后对阶梯波进行放大再去驱动步进电动机。驱动管工作于放大状态，损耗大，只适合小功率场合。图11.12阶梯波叠加电路图

先放大后叠加

先叠加后放大实现阶梯波供电的两种方法：（1）先放大后叠加：将通过细分环形1.用集成环形分配器芯片构成细分电路用HF-2三相六拍环形分配器构成三相十八拍细分驱动电路。三相三拍步距角为3°，三相六拍步距角为1.5°三相十八拍步距角为0.5°。

采用细分电路后，电动机绕组中的电流不是由零跃升到额定值，而是经过若干小步的变化才达到额定值；同时，也不是由额定值陡降到零，而是经过若干小步的变化才达到零。

细分后的电流波形1.用集成环形分配器芯片构成细分电路用HF-2三相用微机实施细分，关键是设计一个软件的移位分配器。要形成三相六拍的驱动信号，就要从三个I/O周期地输出信号。8155的PA0～PA3中四个I/O口并联控制A相绕组；PA4～PA7中四个I/O口并联控制B相绕组；PB0～PB3中四个I/O口并联控制C相绕组；2.用集成环形分配器芯片构成细分电路PA3PA2PA1PA0状态字000101H001002H001103H……………11100EH11110FH图11.14微机控制步进电动机的细分接口表11.5A相分配表用微机实施细分，关键是设计一个软件的移位分配器11.3.2步进电动机的开环控制步进电动机一般分为开环控制和反馈补偿闭环控制。在开环控制系统中，步进电动机的旋转速度全取决于指令脉冲的频率。点位控制中为了避免启动失步和停止过充，必须低速启动，然后再慢慢加速到高速，实现高速运行；同样，停止时也要从高速慢慢降到低速。图11.15步进电动机的控制方式（a）开环控制（b）闭环控制（a）（b）11.3.2步进电动机的开环控制步进电动机一般分为开环点-位控制的加减速过程图11.16点-位控制的加减速过程

升降速曲线：点-位控制的加减速过程图11.16点-位控制的加减速过程

11.3.3步进电动机的闭环控制开环控制的脉冲不依赖于转子的位置，而是事先按一定的规律给定的，其缺点是电动机的输出转矩加速度在很大的程度上取决于驱动电源和控制方式。

闭环控制是直接或间接地检测转子的位置和速度，位置检测装置将测得的工作台位置信号与指令位置信号相比较，然后用它们的差值（即误差）进行控制，以此差值自动给出驱动的脉冲串。11.3.3步进电动机的闭环控制开环控制11.3.4应用步进电动机驱动应注意的问题（1）其步距值不受电压、电流及温度等变化的影响，位移仅取决于脉冲的个数。（2）尽管步进电动机存在齿间相邻误差，有步距角误差，它的大小是由制造精度、齿槽的分布和气隙等因素决定的。但是每一圈的误差为零，即步距误差不会产生累积误差。（3）启动、停止、反转等运行方式的改变，都可在几个脉冲内完成，且不会失步。（4）步进电动机的转速与输入1.步进电动机的驱动系统的显著优点11.3.4应用步进电动机驱动应注意的问题（1）其步距2.应用步进电动机最基本的一些问题（1）步进电动机开环进给系统的位移或转角大小由指令脉冲数决定。（2）为使步进电动机正常运行（不失步、不越步），正常启动并满足对转速的要求，必须保证步进电动机的输出转矩大于负载所需的转矩。(a)启动转矩应选择为：Tst≥TLmax/(0.3~0.5)

一般：TL=(0.3~0.5)Tsmax

（b）在要求的运行范围内，步进电动运行转矩应大于它的静载转矩与转动惯量（包括负载的转动惯量）引起的惯性矩之和。2.应用步进电动机最基本的一些问题（1）步进电动机开环进2.应用步进电动机最基本的一些问题（3）必须使步进电动机步距角β与机械负载相匹配，以得到步进电动机驱动部件所需要的脉冲当量。（4）选步进电动机必须与机械系统的负载惯量及所要求的启动频率相匹配，并留有余量。（5）驱动电源的优劣对步进电动机控制系统的运行影响极大，尽量采用先进的驱动电源。（6）若所带负载转动惯量较大，则应在低频下启动，然后再上升到工作频率，停车时也应从工作频率下降到适当频率再停车。（7）步进电动机在运行中存在振荡，它有一个固有频率发f1,当输入脉冲频率f=f1时会产生共振，使步进电动机振荡。（8）若在工作中发生失步现象，首先检查负载是否过大，电源电压是否正常，在检查驱动电源输出波形是否正常，在处理问题时不应随意更换元件。2.应用步进电动机最基本的一些问题（3）必须使步进电动机13.4步进电机与交流伺服电机性能比较1.控制精度不同两相混合式步进电机步距角一般为3.6o、1.8o，五相混合式一般为0.72o、0.36o，也有一些高性能的步进电机步距角更小。交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以松下全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2500线编码器的电机，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为0.036o。对于带17位编码器的电机，其脉冲当量为1.8o步进电机的1/655。2.低频特性不同步进电机在低速时易出现低频振动现象；交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。3.矩频特性不同步进电机的输出力矩随转速上升而下降，且在较高转速时会急剧下降，其最高工作转速一般在300～600r/min。交流伺服电机为恒转矩输出，不存在这个问题。13.4步进电机与交流伺服电机性能比较1.控制精度不同4.过载能力不同步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机有较强的过载能力，其最大转矩为额定转矩的2～4倍。5.运行性能不同步进电机为开环控制，启动频率过高或者负载过大易出现丢步和堵转现象，停止时转速过高易出现过冲现象。交流伺服电机为闭环控制，一般不会出现上述现象，控制性能更加可靠。6.速度响应性能不同步进电机从静止加速到工作转速（一般为几百转每分钟）需要200～400ms。交流伺服电机仅需几ms（额定转速3000r/min)，可用于要求快速启停场合。4.过载能力不同步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机有13.5步进电机的选择与应用步进电机的选择由步矩角、静转矩、电流三大要素决定。1.步距角的选择：取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度，电机的步距角应等于或小于此角度。2.静力矩的选择：依据电机工作的负载，负载分惯性负载和摩擦负载两种，加速启动时主要考虑惯性负载，恒速运行时只要考虑摩擦负载。一般情况下，静力矩应为摩擦负载的2～3倍内好，静力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来。3.电流的选择：静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图，判断电机的电流。13.5步进电机的选择与应用步进电机的选择由步矩角、静转5.1步进电动机常见步进电机外形构造

第五章步进电动机5.1步进电动机常见步进电机外形构造第五章步进电动机步进电机内部结构通电线圈中磁感应强度B=μH=μnI

Ф=BS．(S是垂直磁感强度的面积)线圈磁通量是由线圈匝数和面积，以及线圈中的通电电流所决定的。步进电机内部结构通电线圈中磁感应强度B=μH=μnI步进电机内部结构步进电机的内部构造

步进电机内部结构步进电机的内部构造

步进电动机构造：由转子（转子铁芯、永磁体、转轴、滚珠轴承），定子（绕组、定子铁芯），前后端盖等组成。最典型两相混合式步进电机的定子有8个大齿，40个小齿，转子有50个小齿；三相电机的定子有9个大齿，45个小齿，转子有50个小齿。电动机构造图转轴成平行方向的断面图步进电动机构造：电动机构造图转轴成平行方向的断面图5.1.1步进电动机结构与工作原理步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械位移的机电执行元件。每当输入一个电脉冲时，它便转过一个固定的角度，这个角度叫步距角β，简称步距。脉冲一个一个输入，电动机便一步一步转动。

步进电动机的分类：工作原理反应式永磁式混合式输出转矩大小快速步进电机功率步进电机励磁相数二、三、四、五、六、八相等角位移输入脉冲个数运行速度输入脉冲频率5.1.1步进电动机结构与工作原理步进电动机是一种以反应式为例说明步进电机的结构和工作原理通常按励磁方式分为三大类：1）反应式：

转子为软磁材料，无绕组，定、转子开小齿、步距角小。2）永磁式：

转子为永磁材料，转子的极数=每相定子极数，不开小齿，步距角较大，力矩较大。3）混合式：

转子为永磁式、两段，开小齿，转矩大、动态性能好、步距角小，但结构复杂，成本较高。步进电动机的种类以反应式为例说明步进电机的结构和工作原理通常按励磁方式分为三

反应式步进电动机结构：反应式步进电动机结构：一、步进电动机的组成

如图所示为一台三相反应式步进电动机的结构示意图，同样由定子和转子组成。定子：由定子铁心、绕组、绝缘材料等组成

励磁绕组由外部脉冲信号对各相绕组轮流励磁。如图所示。

转子：由转子铁心、转轴等组成。转子铁心是由硅钢片或软磁材料叠压而成的齿形铁心。一、步进电动机的组成如图所示为一台三相反应式步进电动

其中定子的三个励磁绕组，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。错开的距离分别为1/3(T)、2/3(T)。T为相邻两齿轴线间的距离。其中定子的三个励磁绕组，其几何轴线依次分别与二、步进电动机的工作原理

给A相绕组通电时，转子位置如图（a），转子齿偏离定子齿一个角度。由于励磁磁通力图沿磁阻最小路径通过，因此对转子产生电磁吸力，迫使转子齿转动，当转子转到与定子齿对齐位置时(图b)，因转子只受径向力而无切线力，故转矩为零，转子被锁定在这个位置上。由此可见：错齿是使得步进电机旋转的根本原因。a)b)二、步进电动机的工作原理给A相绕组通电时，转子位置5.1.2通电方式一、步进电动机的通电方式步进电动机的转速既取决于控制绕组的通电频率，也取决于绕组通电方式，三相步进电机一般有单三拍、单双六拍和双三拍等通电方式，其中“单”是指每次切换前后只有一相绕组通电，“双”指每次有两相绕组通电；而从一种通电状态转换到另一种通电状态就叫“拍”。5.1.2通电方式一、步进电动机的通电方式

1.单相通电方式：指对每相绕组单独轮流通电，对于三相步进电动机：如果要改变旋转方向，则只要改变通电顺序即可，如通电顺序改为A－Ｃ－Ｂ－Ａ时，转子按逆时针方向一步一步转动。齿距角：转子齿与齿之间的角度。步距角：转子每步转过的角度。每次转动30o，因此，当通电顺序为A－B－Ｃ－Ａ时，转子按顺时针方向一步一步转动。每换接一次，则转子前进一个步距角。电流换接三次，磁场旋转一周，转子前进一个齿距角，这里是90o。1.单相通电方式：指对每相绕组单独轮流通电，对于三

3.双拍工作方式：正转：AB-BC-CA-AB

反转：AC-CA-BC-AC

2.三相六拍工作方式：

每次转动15o，当通电顺序按A-AB-B-BC-C-CA-A时，则转子便按顺时针方向一步一步地转动，步距角为15o。电流换接六次，磁场旋转一周，转子前进了一个齿距。如果要反转，则通电顺序改为A-CA-C-BC-B-AB-A即可。同样双三拍通电方式每走一步前进了一个步距角（30o）。3.双拍工作方式：2.三相六拍工作方式：二、步进电动机的步距角

由一个通电状态改变到下一个通电状态时，电动机转子所转过的角度称为步距角。设转子的齿数为Z，则齿距为：

τ=360/Z步距角：

＝齿距/拍数=360/（KmZ）

其中：Z－转子齿数

m－定子绕组相数

K－通电系数K=1,2，（单三拍、双三拍时，K＝1；单、双六拍时，K＝2）

若二相步进电动机的Z=100，单拍运行时，其步距角若按单、双通电方式运行时，步距角二、步进电动机的步距角由一个通电状态改变到下一个通电

由此可见，步进电动机的转子齿数Z和定子相数(或运行拍数)愈多，则步距角愈小，控制越精确。当定子控制绕组按着一定顺序不断地轮流通电时，步进电动机就持续不断地旋转。如果电脉冲的频率为f(HZ)，步距角用弧度表示，则步进电动机的转速为：（r/min标注为rpm）由此可见，步进电动机的转子齿数Z和定子相数(5.1.3步距角的细分

单相或双相通电时，称为整步运行；整步又称自然步。

单、双相通电时，称为半步运行。

整步或半步运行时，因单步增量都比较大，而运行振动直接与步增量有关。

细分的目的就是将自然步进行细分，得到微步距，以得到较好的运行性能。5.1.3步距角的细分单相或双相通电时，称细分时：

A相绕组额定电流：转子停在A-A位置A相绕组额定电流、B相绕组1/2额定电流：转子停在位置Ⅱ，转角150A相绕组额定电流、B相绕组额定电流时：转子停在位置Ⅰ，转角150A相绕组1/2额定电流、B相绕组额定电流：转子停在位置Ⅲ，转角150B相绕组额定电流：转子停在位置B-B，转角150这就是4细分，即一步分成4步。目前常用细分系数有2、4、8、16、32、64图5.4步距细分原理图细分时：这就是4细分，即一步分成4步。目前常用细分系数有2不细分时:A相绕组通电：转子停在A-A位置

A、B相绕组通电：转子停在位置Ⅰ，转角300B相绕组通电：转子停在B-B位置

，转角300不细分时:5.1.4步进电动机的主要性能指标一、步进电机的静态指标相数：产生磁场的激励线圈的励磁数（定子绕组的个数），一般分为三相、四相、五相、六相甚至八相。目前多用三至六相的步进电机；拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，用n表示，磁场一个周期360°，转过一个机械齿距角；步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移，用θ表示；定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩；静转矩：电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运行时，电机转轴的锁定力矩。该力矩是衡量电机体积的标准，与驱动电压及驱动电源无关。5.1.4步进电动机的主要性能指标一、步进电机的静态指标相力矩：

电机一旦通电，在定子和转子间将产生磁场，转子与定子错开一定角度（磁通量Ф）。力F与定子和转子的错开角有关，与（dФ/dθ)成正比。

Ф＝BrSBr为磁通密度，S为导磁面积。F与LDBr成正比，L为铁芯有效长度，D为转子直径。Br＝N×I/R，N×I为励磁绕组安匝数，R为磁阻，磁阻与磁导率成反比。力矩＝力×半径。力矩与电机有效体积×安匝数×磁密成正比，因此电机有效体积越大，励磁安匝数越大，定转子间气隙越小，力矩越大。二、步进电机的动态指标步距角精度：步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。用％表示。不同运行拍数其值不同，四拍运行时应在5％以内，八拍运行时应在15％以内。力矩：电机一旦通电，在定子和转子间将产生磁场，输出转矩：电动机轴上的输出转矩的大小

步进电动机的输出转矩与脉冲频率的函数关系称为矩频特性。失步：电机运转时运转的步数不等于理论上的步数。失调角：转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的。最大空载启动频率：电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接启动的最大频率。最大空载运行频率：电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，电机不带负载的最高转速频率。输出转矩：电动机轴上的输出转矩的大小步进电动机的输出转矩与三、步进电动机的主要特性

1.矩角特性矩角特性指电磁转矩与偏转角的关系2.启动惯频特性启动频率和轴上负载转动惯量之间的关系θe达到±π/2，定子齿与转子齿错开1/4个齿距时，转矩T达到最大值，称为最大静转矩Tsmax。负载转矩一般为Tsmax的30~50%。在负载转矩TL=0的条件下，步进电动机由静止状态突然启动、不失步地进入正常运行状态所允许的最高启动频率，称为启动频率。启动频率与转子转动惯量、折算转动惯量有关。实际启动频率由于TL存在，比标称数值要低。拍数越多，步距角越小，极限启动频率越高；最大静转矩越大，电磁力矩越大，转子加速度就越大，启动频率也越高。定子每相绕组通电循环一周（360度电角度），对应转子在空间转过一个齿距（360°/Z机械角度）。三、步进电动机的主要特性1.矩角特性三、步进电动机的主要特性

3.运行频率特性步进电动机启动后，当控制的脉冲频率连续上升时能不失步运行的最高频率脉冲重复频率称为连续运行平率。

转动惯量主要应影响运行频率连续升降的速度，而步进电动机的绕组电感和驱动电源的电压对运行频率的上限影响很大。实际启动频率比运行频率低得多。

通常采用自动升降频的方式，即步进电动机先在低频下启动，再逐渐升高至运行频率；当步进电动机停转时，先将脉冲频率降低至启动频率以下，再停止输出脉冲，这样，步进电动机就能不失步地准确停止。三、步进电动机的主要特性3.运行频率特性三、步进电动机的主要特性4.矩频特性

负载转动惯量一定且稳定运行时，定子绕组电流变化（最大输出转矩）和频率的关系

负载转矩与连续运行时频率的关系频率很低频率增高频率很高最大输出转矩随脉冲频率的升高而下降。绕组电感和驱动电源电压对矩频特性影响很大。低频区，矩频特性平坦。高频区，矩频曲线急剧下降。步进电机高频特性差。从静止到高速，需要加速过程。从高速到静止，需要减速。否则会出现失步。步进电机先低频启动，然后升至运行频率。运行频率增高，负载能力变差。三、步进电动机的主要特性4.矩频特性三、步进电动机的主要特性

5.精度

精度最大步距误差：电动机旋转一周相邻两步之间的实际步距与理想步距的最大差值最大累计误差：旋转一周范围内，从任何位置开始经过任意步后角位移的最大误差值步进电动机在一周内存在最大步距误差或最大累计误差。但没有累计误差。即：旋转一周后误差被清除。三、步进电动机的主要特性5.精度

一、步进电动机驱动电源的组成脉冲分配器功放电路三相步进电机负载功率电源分配器电源功放电路功放电路功率放大器步进脉冲方向信号ABC脉冲分配器+功率放大电路第11章

步进电动机控制系统一、步进电动机驱动电源的组成脉功放电路三负载功率电源分配1.脉冲分配器

当方向电平为低时，脉冲分配器的输出按A-B-C的顺序循环产生脉冲。

当方向电平为高时，脉冲分配器的输出按A-C-B的顺序循环产生脉冲。

2.功率放大器

将脉冲分配器的输出信号进行电流放大后给电动机的定子绕组供电，使电动机的转子产生输出转矩。1.脉冲分配器当方向电平为低时，脉冲分配器的输出按A-11.1步进电动机的环形分配器

步进电动机的环形分配器可由硬件或软件方法来实现。

硬件环形分配器：由计数器等数字电路组成的。有较好的响应速度，且具有直观、维护方便等优点。

软件环形分配器：由计算机接口电路和相应的软件组成的。受到微型计算机运算速度的限制，有时难以满足高速实时控制的要求。

一、硬件环形分配器：

硬件环形分配器由门电路、双稳态触发器或逻辑阵列芯片（GAL、PLD）组成的逻辑电路来实现。11.1步进电动机的环形分配器步进电动机的环形分1.由J－K触发器组成的环形分配器JKQn+1功能00Qn保持010置0101置111翻转1.由J－K触发器组成的环形分配器JKQn+1功能00Q11.1由J－K触发器组成的环形分配器逻辑真值表序号控制信号状态输出状态导电绕组CAJCBJCCJQAQBQC0110100A1010110AB2011010B3001011BC4101001C5100101CA6110100A11.1由J－K触发器组成的环形分配器逻辑真值表序号控制2.专用集成芯片或通用可编程逻辑器件组成的环形分配器CH250是专门为三相反应式步进电动机设计的环形分配器，采用CMOS工艺，集成度高，可靠性好。其管脚分布及三相双六拍工作时的接线见图11.3，和状态表11.2。2.专用集成芯片或通用可编程逻辑器件组成的环形分配器第1章步进电机控制系统课件3.EPROM在环形分配器中的应用EPROM环形分配器在硬件电路不动的情况下，只需改变软件内存储器的地址，就可是实现多种通电方式。

EPROM环形分配器特点：（1）线路简单，仅有可逆计数器和存储器两部分；（2）一种线路可实现多种励磁方式的分配，只要在不同的地址区域存储不同的状态表，除软件工作外，硬件线路不变；（3）可彻底排除非法状态；可有多种输入端，便于同控制器连接。3.EPROM在环形分配器中的应用EPRO

二、软件环形分配

软件环分的方法是利用计算机程序来设定硬件接口的位状态，从而产生一定的脉冲分配输出。

1)输出接口8155单片机本身包含4个8位I/O端口，分别为PC0、PC1、PC2。

输出接口是将计算机的输出端与步进电动机的每相绕组一一对应起来。

若要实现三相步进电动机的脉冲分配，需要三根输出口线，本例中选P1口的P1.0、P1.1、P1.2位作为脉冲分配的输出。二、软件环形分配软件环分的方法是利用计算机程序来设2)输出模型

如果三相步进电动机按单、双拍通电方式工作，即:

正转：A-AB-B-BC-C-CA

反转：A-AC-C-CB-B-BC

根据8031单片机的基本原理，对P1.0、P1.1、P1.2位编程使其按表规定改变输出状态就实现了三相六拍分配任务。2)输出模型如果三相步进电动机按单、双拍第1章步进电机控制系统课件3.控制程序按正转和反转的要求将输出模型向输出接口发送，并控制步进电动机的速度。以三相单三拍为例，步进电动机选装方向标志FLAG=1，表示正转，FLAG=0，表示反转；输出模型01H、02H、03H存放在地址S为起始地址的内存单元中，反转时只需反向读取模型。3.控制程序按正转和反转的要求将输出模型向输出接口发送，并11.2步进电动机的功率放大电路

步进电动机的功率驱动电路实际上是一种脉冲放大电路，使脉冲具有一定的功率驱动能力。

由于功率放大器的输出直接驱动电动机绕组，因此，功率放大电路的性能对步进电动机的运行性能影响很大。

11.2.1单电压驱动电路

L－是电动机绕组VT－开关晶体管

外接电阻R两端并联电容C（初期电流主要流过电容C，将电阻傍路掉），电容电压不能突变，使绕组电流上升更快，所以，电容C又称为加速电容。

二极管V在晶体管VT截止时起续流和保护作用，串联电阻使电流下降更快，从而使绕组电流波形后沿变陡。由于步进电动机绕组是电感性负载，故当绕组L中的电流不能突变，而是按指数规律上升，时间常数τ=L/(r+R)。由于步进电动机绕组的内阻r很小，因此时间常数很大，绕组中的电流上升很慢，严重影响步进电动机起动频率。串接电阻R可减小时间常数，使脉冲电流的前沿变陡，从而改善步进电动机的频率响应

11.2步进电动机的功率放大电路步进电动机的功率11.2.2高低压切换型驱动电路

在t1～t2的时间内，VT1、VT2均饱和导通，+80V的电源经VT1、VT2管加到步进电动机的绕组L上，使其电流迅速上升。当时间到达t2（采用定时方法），或当电流上升到某值（采用定流方法）时，Ub2为低电平，此时VT2管截止，电动机绕组的电流由+12V经VT1管来维持，此时电流下降到电动机的额定电流。直到t3时，Ubl也为低电平，VT1管截止，绕组电流下降到零。

Ubl和Ub2的电压：环行分配器每相输出的脉冲信号分两路，一路如单电压线路直接用来控制低压管V1的导通和截止。另一路采用改变微分电路或单稳触发器电路时间常数的办法，使脉宽变窄，用来控制高电压管的V2的导通和截止，在时间上，这两路控制信号同时到达。

高低压驱动线路的优点是：功耗小，启动力矩大，突跳频率和工作频率高。缺点是：大功率管的数量要多用一倍，增加了驱动电源。11.2.2高低压切换型驱动电路在t1～t2的时间内，V11.2.3斩波恒流驱动电路当绕组中电流为某个数值时，由于采样电阻Re的反馈作用，经整形、放大后送到VT1基极，使其截止，绕组由低压U2供电，绕组中电流立即下降，刚降至额定值以下时，由于Re的反馈作用，经整形电路无输出，此时高用压放大电路又使VT1导通，电流上升。如此反复形成锯齿波。图11.10斩波恒流驱动原理图和电流波形（a）电路原理图(b)电流波形图11.2.3斩波恒流驱动电路当绕组中电流11.2.3斩波恒流驱动电路绕组中电流为一个在额定电流值上下波动、呈锯齿状的电流波形，近似恒流。锯齿波的频率可通过采样电阻Re和整形电路的电位器来调整。斩波电路可使步进电机的运行矩频特性、启动矩频特性和惯性矩频特性有明显提高。使绕组中的脉冲电流边沿陡，快速响应好。采样电阻Re很小，整个系统功耗小。绕组中电流不随步进电机的转速变化而变化，从而保证在很大频率范围内，能输出恒大的转矩。图11.10斩波恒流驱动原理图和电流波形（a）电路原理图(b)电流波形图11.2.3斩波恒流驱动电路绕组中电流为一个在额定电流值11.2.4调频调压驱动电路

高低压或斩波恒流驱动电路，为提高高频响应，都采取提高供电电压，加快电流上升前沿的措施，这会加剧低频振荡。

低速时绕组电流上升前沿较平缓，高速时电流前沿较陡。这就要求低频时低压供电，高频时高压供电，调频调压即可满足要求。

I/O1输出步进信号；I/O2输出调压信号。

当I/O1输出步进脉冲、I/O2输出负脉冲，VT1、VT2导通，U1向电感Ls、电容C谐振充电；当负脉冲过后，电容C储能通过续流二极管放电。

通过单片机控制，步进信号I/O1频率高，从I/O2输出的负脉冲ton变大，U2也随之变大，这就起到调频调压的作用。图11.11调频调压驱动电路11.2.4调频调压驱动电路高低压或斩波恒流11.3步进电动机的控制与有细分驱动器应用11.3.1步进电动机步距角的细分控制为了提高数控精度，应减小脉冲当量δ，方法如下：（1）减小步进电动机的步距角；（2）加大步进电动机与传动丝杠间齿轮的传动比和减小传动丝杠的螺距；（3）将步进电动机的步距角细分。11.3步进电动机的控制与有细分驱动器应用为了提高数控精度步进电机控制已经蕴含了细分的原理。电机内部磁场每旋转一个圆周,步进电机前进一整个步距角。若三相步进电机按A→B→C→A的顺序轮流通电,即整步工作,磁场分三拍旋转,每次电流换向,步进电机将前进整步距角的1/3。而按A→AB→B→BC→C→CA→A的顺序轮流通电,半步工作,每次电流换向，步进电机将前进整步距角的1/6。但是,如果半步工作状态下每拍前进的角度超过控制精度要求,则需要对步距角进行更进一步的细分。电磁力的大小跟绕组通电电流的大小是相关的。当通电相的电流不马上到达峰值,而断电相的电流也不立即降为零时,电机内部磁场为上两相电流共同合成,而产生的磁场合力,会使转子有一个新的平衡位置,这个新的平衡位置在原步距角的范围内。即：如果绕组电流的波形不再是一个近似方波,而是分成N个阶梯的近似阶梯波,则电流每升或者降一个阶梯时,转子转动一小步。当转子按照这个规律转过N小步时,实际相当于它转过一个步距角。这种将一个步距角分成若干小步的驱动方法,称为细分驱动。步进电机控制已经蕴含了细分的原理。实现阶梯波供电的两种方法：（1）先放大后叠加：将通过细分环形分配器所形成的各个等幅等宽的脉冲分别进行放大，然后在步进电动机绕组中叠加起来形成阶梯波。驱动管工作于开关状态，损耗小，适合大功率场合。（2）先叠加后放大：在利用运算放大器来叠加，或采用公共负载的方法，把方波合成为阶梯波，然后对阶梯波进行放大再去驱动步进电动机。驱动管工作于放大状态，损耗大，只适合小功率场合。图11.12阶梯波叠加电路图

先放大后叠加

先叠加后放大实现阶梯波供电的两种方法：（1）先放大后叠加：将通过细分环形1.用集成环形分配器芯片构成细分电路用HF-2三相六拍环形分配器构成三相十八拍细分驱动电路。三相三拍步距角为3°，三相六拍步距角为1.5°三相十八拍步距角为0.5°。

采用细分电路后，电动机绕组中的电流不是由零跃升到额定值，而是经过若干小步的变化才达到额定值；同时，也不是由额定值陡降到零，而是经过若干小步的变化才达到零。

细分后的电流波形1.用集成环形分配器芯片构成细分电路用HF-2三相用微机实施细分，关键是设计一个软件的移位分配器。要形成三相六拍的驱动信号，就要从三个I/O周期地输出信号。8155的PA0～PA3中四个I/O口并联控制A相绕组；PA4～PA7中四个I/O口并联控制B相绕组；PB0～PB3中四个I/O口并联控制C相绕组；2.用集成环形