【正文】 圖，。 為實(shí)現(xiàn)修正半步進(jìn)，基準(zhǔn)電壓必須在兩個(gè)電位之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。高電位用于單相導(dǎo)通，低電位用于雙相導(dǎo)通狀態(tài)。 電壓基準(zhǔn)電路使用Vcc（5V）作為輸入，為達(dá)到兩個(gè)電壓水平而使用電壓分配器G（在電壓基準(zhǔn)回路章節(jié)中）（見圖322）這個(gè)基準(zhǔn)回路使用一個(gè)電壓分配器R1和R2來產(chǎn)生電壓基準(zhǔn)，通過與R2并聯(lián)增加一個(gè)電阻器R3實(shí)現(xiàn)電壓的變化，使用一個(gè)晶體管作為一個(gè)緩沖器來降低輸入阻抗產(chǎn)生的影響，這樣便有可能使用大值的電阻器來降低電流的消耗量，這樣使得使用一個(gè)開排式或開集式的NAND門作為一個(gè)開關(guān)成為可能，二極管將降低與晶體管接合的基本發(fā)射器的溫度相關(guān)性，并可以通過改變感應(yīng)電阻器的值很容易地設(shè)定馬達(dá)電流。為了使馬達(dá)電流截止需要增加一個(gè)簡單的回路（如圖323所示）到圖321中間，這個(gè)回路由兩個(gè)OR門組成，當(dāng)輸入截止為高電平并且驅(qū)動器中DIS輸入為高電平且電流也是同樣時(shí)，線路將截止。第四章 微步進(jìn)； 在這里來討論微步進(jìn)及以這個(gè)方式增加的系統(tǒng)性能，一些重要的限制微步進(jìn)馬達(dá)性能的參數(shù)，以及克服這些限制的方法，都將在以下介紹。這里假定讀者對馬達(dá)驅(qū)動器及一個(gè)步進(jìn)馬達(dá)的扭矩再生原理稍微熟悉，如果不是這樣，可閱讀2兩章以獲得所需要的背景信息。一，什么是微步進(jìn) 微步進(jìn)是一種移動步進(jìn)馬達(dá)轉(zhuǎn)子磁通比全步進(jìn)及半步進(jìn)驅(qū)動模式更平滑的方式。結(jié)果是很少有振動發(fā)生，并可以使步進(jìn)噪音可能降低到0HZ，采用這種方式使更小步進(jìn)角及更精確的步進(jìn)位置的實(shí)現(xiàn)成為可能。 這里有一些不同的微步進(jìn)模式，步進(jìn)長度從全步進(jìn)的1/3一直到全步進(jìn)的1/32（或者更?。碚撋现v可以使用一個(gè)全步進(jìn)的整數(shù)的分?jǐn)?shù)，但在實(shí)際中一般不使用。 一個(gè)步進(jìn)馬達(dá)是一個(gè)同步的電子馬達(dá)，這意味著轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定停止位置是在與定子磁通同步的地方，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)是通過旋轉(zhuǎn)定子的磁通，通過這樣使轉(zhuǎn)子移向新的穩(wěn)定位置。由馬達(dá)產(chǎn)生的扭矩是一個(gè)與支持扭矩TH、定子磁通之間的距離（fg）、轉(zhuǎn)子位置（fr）有關(guān)的函數(shù)： T=THSIN（fs fr） 在這里fs、fr由有關(guān)電子的程度給出的。 電子及機(jī)械角度之間的關(guān)系由以下公式給出：fel=(n247。4)fmech (前者為電子角度，后者為機(jī)械角度) 這里的n為每循環(huán)的全步進(jìn)數(shù)量。 當(dāng)一個(gè)步進(jìn)器驅(qū)動于全步進(jìn)及半步進(jìn)狀態(tài)時(shí)定子的磁通分別地在馬達(dá)每一個(gè)步進(jìn)中旋轉(zhuǎn)90176。及45176。的電子度時(shí)，從以上的公式中我們發(fā)現(xiàn)馬達(dá)產(chǎn)生了脈沖扭矩（圖1a也說明了由扭矩波動引起的速度波動），產(chǎn)生這樣結(jié)果的原因是由于fs不連續(xù)的移動使得fs fr不恒定。 在某一個(gè)時(shí)刻產(chǎn)生一個(gè)定子磁通旋轉(zhuǎn)90176。或45176。很簡單，僅需要兩個(gè)電流水平ION及0，這對于所有類型的驅(qū)動器都可以很容易地實(shí)現(xiàn)，那個(gè)方向的向應(yīng)的電流水平，通過以下公式來計(jì)算：IA=IPEAKSIN（fs）IB=IPEAKCOS（fs） 通過ION及0值在兩個(gè)線圈中的混合，我們可以獲得8種不同的線圈電流的組合，這就給出了我們8種通常的單相雙相導(dǎo)通的靜止?fàn)顟B(tài)，對應(yīng)于磁通方向0，45，……，315的電子角度（見圖2a）。 如果我們有一個(gè)驅(qū)動器可以使普通的雙相導(dǎo)通電流的馬達(dá)產(chǎn)生0到141%的電流水平，便可以建立一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，它可以停止在任何需要的電子位置（如圖2b），這樣也就有可能選擇任何的電子步進(jìn)角，例如，1/4的全步進(jìn)（15176。的電子角）、1/8的全步進(jìn)或1/32步進(jìn)的全步進(jìn)（176。的電子角度），不僅磁通方向改變而且范圍也會改變。 從扭矩的發(fā)展公式中，影響微步進(jìn)的是轉(zhuǎn)子因定子將會有一個(gè)相當(dāng)平滑的移動，這樣便控制了轉(zhuǎn)子在靜止?fàn)顟B(tài)的位置，并相對于全步進(jìn)及半步進(jìn)驅(qū)動模式，有一個(gè)更加連續(xù)的方式移動（見圖1b）。系統(tǒng)常用的頻率是以上頻率的2到3倍，相對于全步進(jìn)，微步進(jìn)僅僅對于馬達(dá)的移動有一個(gè)很小的影響，原因是過濾器對馬達(dá)的轉(zhuǎn)子及負(fù)荷慣性的影響，一個(gè)馬達(dá)系統(tǒng)充當(dāng)了一個(gè)慢速通過的過濾器。二，為何使用微步進(jìn) 在許多應(yīng)用中，微步進(jìn)可以提高系統(tǒng)的性能，并降低系統(tǒng)復(fù)雜性及提高效率。相對于全步進(jìn)及半步進(jìn)機(jī)構(gòu)，微步進(jìn)可以用于消除噪音及共振問題，并增加步進(jìn)準(zhǔn)確性及分辨度。1，在共振頻率運(yùn)轉(zhuǎn) 一個(gè)步進(jìn)馬達(dá)系統(tǒng)的通常的頻率，F(xiàn)0（HZ）由以下因素確定：轉(zhuǎn)子及負(fù)荷慣性，J T = J R + J L（Kgm2 ）,支持扭矩T H（Nm），（及選擇的驅(qū)動器模式及電流水平），以及每一個(gè)循環(huán)的全步進(jìn)數(shù)（n），即有：F0=（nT H 247。J T）1/2247。4π 如果系統(tǒng)的阻尼低，當(dāng)馬達(dá)在共振頻率中或在其周圍運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，有一個(gè)明顯的危險(xiǎn)即步進(jìn)丟失或產(chǎn)生噪音。依賴于馬達(dá)的類型、總慣性及阻尼，這個(gè)問題可以出現(xiàn)在F0的整倍數(shù)或分?jǐn)?shù)的倍數(shù)極其附近，如：F0/4 、F0/F0/2 F0、3 F0、4 F0，通常頻率距 F0越近，問題越大。 當(dāng)使用非微步進(jìn)驅(qū)動器時(shí)，這些共振帶來的主要問題是定子磁通通過不連續(xù)的方式移動，這時(shí)有90176?；?5176。（全步進(jìn)及半步進(jìn)）的電子角度，這樣引起了脈沖能量流向轉(zhuǎn)子，由脈沖而激發(fā)了共振。流向轉(zhuǎn)子的能量，當(dāng)采用單步進(jìn)信號時(shí)，在最差的情況（無摩擦負(fù)荷）下等于：（4 T H 247。n）[1COS（fe）] T H 及n如以上介紹，fe=電子步進(jìn)角，全步進(jìn)為90176。，半步進(jìn)為45176。這說明使用半步進(jìn)代替全步進(jìn)減少到相當(dāng)于全步進(jìn)29%的激發(fā)能量。而如果我們使用微步進(jìn)為1/32的全步進(jìn)模式，%存在（見圖3）。 在這里，通過使用微步進(jìn)裝置，這個(gè)激發(fā)能量可以被降低到很小的程度而使所有的共振全部消除。 不過這僅僅是一個(gè)理想化的步進(jìn)馬達(dá)，在實(shí)際中仍有其它可以激發(fā)系統(tǒng)共振的源頭。然而，使用微步進(jìn)馬達(dá)將會改善幾乎所有應(yīng)用中的移動，并且在許多情況下，微步進(jìn)將單獨(dú)使得噪音及共振充分減少以滿足應(yīng)用的要求。2，擴(kuò)充動力范圍到更低頻率 當(dāng)在低頻率范圍運(yùn)行一個(gè)步進(jìn)馬達(dá)時(shí)，在半步進(jìn)或全步進(jìn)模式，這個(gè)移動將是不連續(xù)的，表現(xiàn)大量的共振，并產(chǎn)生噪音及振動。這時(shí)的頻率低于系統(tǒng)的正常頻率。在這里，微步進(jìn)采用一個(gè)簡單而安全的方式來使噪音的步進(jìn)頻率減小一直到0HZ，通常它不需要使用低于1/32全步進(jìn)的更小的步進(jìn)。通過這個(gè)小的電子步進(jìn)角度，轉(zhuǎn)移向轉(zhuǎn)子/%（如前面介紹），能量是如此的小以致于它很容易被馬達(dá)內(nèi)部的摩擦所吸收，—因此馬達(dá)不會產(chǎn)生共振及過平衡（見圖4）。微步進(jìn)位置的線性運(yùn)動是由使用未經(jīng)補(bǔ)償?shù)恼?余弦外形產(chǎn)生的。3，電子“變速箱” 在一些應(yīng)用中，如果需要低相關(guān)性的移動或高步進(jìn)的分辨度，微步進(jìn)由一個(gè)電子變速箱代替。在許多應(yīng)用中，盡管要使用更大的馬達(dá)，但這常常是一個(gè)適宜并且不復(fù)雜的方案。為得到這種應(yīng)用類型的最佳結(jié)果，需要仔細(xì)地選擇馬達(dá)并改善用戶化的正弦/余弦外形。4，提高步進(jìn)精度 微步進(jìn)方式在制造廠商的規(guī)格以外也可以用于增加步進(jìn)馬達(dá)的位置精度，這樣的實(shí)現(xiàn)方法如下，設(shè)計(jì)一個(gè)微處理器作為微步進(jìn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，使用馬達(dá)處于兩相導(dǎo)通的停止位置，│Ia│=│Ib│(這常是最精確的轉(zhuǎn)子停止位置)，使用一個(gè)制造校準(zhǔn)過程（普通或自動的）來為馬達(dá)使用的每一次停止位置存儲一個(gè)修正的數(shù)值，這個(gè)修正的數(shù)值用于對馬達(dá)輸出“校準(zhǔn)”的全步進(jìn)位置（見圖5b）。校正的位置在線圈中有輕微的改變以補(bǔ)償在原始位置下的位置偏差（參看圖5a），當(dāng)最佳的步進(jìn)精度是很重要的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，通常使用這個(gè)技術(shù)。 如果使用了這項(xiàng)技術(shù)，系統(tǒng)必須使用一個(gè)轉(zhuǎn)子回復(fù)位置指示器來使轉(zhuǎn)子與補(bǔ)償?shù)耐庑瓮健?，系統(tǒng)復(fù)雜性 盡管用于產(chǎn)生微步進(jìn)的電子部件比全步進(jìn)及半步進(jìn)更為復(fù)雜，但總的系統(tǒng)的復(fù)雜性包括馬達(dá)、變速箱及傳輸裝置在許多應(yīng)用中是很簡單而且費(fèi)用較低的。微步進(jìn)可以代替或簡化變速箱及用于減少噪音及振動的電子裝置，同樣的馬達(dá)在選擇時(shí)變得更容易、更靈活。 在一個(gè)微處理器中，作為微步進(jìn)應(yīng)用的基礎(chǔ)，可以在微處理器內(nèi)部使用軟件及PWM計(jì)時(shí)器或D/A轉(zhuǎn)換器，或者替代外部微步進(jìn)控制器來實(shí)現(xiàn)盡可能最低的微步進(jìn)硬件的費(fèi)用，對于同樣尺寸的馬達(dá)，這樣便有可能達(dá)到與全步進(jìn)或半步進(jìn)同樣的硬件費(fèi)用。三，影響微步進(jìn)性能的因素 從理論上講，微步進(jìn)相當(dāng)簡單，并且理論上對于一個(gè)馬達(dá)系統(tǒng)，技術(shù)上可以解決所有的共鳴、振動及噪音問題。 實(shí)際上，常有一些不同的現(xiàn)象出現(xiàn)，從而限制了系統(tǒng)的性能，一些與驅(qū)動器有關(guān)，另一些則與馬達(dá)有關(guān)。如果一個(gè)高精度的驅(qū)動器/控制器的組合如PBM3960及PBL3771或等效物被利用的情況下，與驅(qū)動器相關(guān)聯(lián)的錯(cuò)誤相比于大多數(shù)可用的馬達(dá)可以乎略。1，步進(jìn)精度 在制造廠商的步進(jìn)馬達(dá)的數(shù)據(jù)表中，通常給出步進(jìn)精度，步進(jìn)精度可以給出絕對值（如177。）或相對值（如全步進(jìn)的177。5%）。通常的步進(jìn)精度只描述在2相導(dǎo)通位置的數(shù)據(jù)（這里的一個(gè)2相導(dǎo)通位置意味著在兩個(gè)線圈中有同樣的電流，線圈中的電流不同或沒有電流是在微步進(jìn)狀態(tài)），這意味著當(dāng)馬達(dá)用于微步進(jìn)應(yīng)用過程時(shí)，生產(chǎn)廠商不提供任何有關(guān)馬達(dá)性能的資料。一個(gè)馬達(dá)的最佳的全步進(jìn)位置的高精度及支持扭矩會降低微步進(jìn)精度。 影響2相導(dǎo)通的步進(jìn)精度的一個(gè)很重要的方面如下面的介紹。假定在設(shè)計(jì)一個(gè)馬達(dá)過程中，176。的PM型馬達(dá)使用1/32的全步進(jìn)，176。247。32=176。，對于這一類型的馬達(dá)微步進(jìn)精度在177。1176。是經(jīng)常的，這意味著如果馬達(dá)本身的位置標(biāo)定在2相導(dǎo)通的任意位置（可以在理論的正確出發(fā)點(diǎn)位置的177。1176。的范圍內(nèi)的任意地方），在另一個(gè)2相導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)子的最大偏移值為 [1（1）]/=176。的微步進(jìn)（從它的理論位置偏移）。這個(gè)情況說明，在應(yīng)用過程中使用微步進(jìn)時(shí)，絕對位置是最基本的，這個(gè)問題的改善途徑如以前所描述的“提高步進(jìn)精度”。2，正弦/余弦一致性 多數(shù)的實(shí)際的步進(jìn)馬達(dá)不具有一個(gè)理想的正弦/余弦特性（一個(gè)具有理想的正弦/余弦特性的步進(jìn)馬達(dá)在線圈提供正弦/余弦電流時(shí)將以一個(gè)絕對恒定的速度旋轉(zhuǎn)），主要有于不同的空氣間隙的面積、空氣間隙的距離及磁通矢量方向的磁鐵磁滯及幅度，—以及微步進(jìn)位置的微步進(jìn)的支持扭矩等，與理想的正弦/余弦特性相偏移，偏移量依賴于轉(zhuǎn)子及定子的牙的形狀和馬達(dá)結(jié)構(gòu)中使用的材料等。 一些馬達(dá)具有最佳的高步進(jìn)扭矩或在2相導(dǎo)通的體制位置增加步進(jìn)精度，這可以通過塑造不同的牙的形狀來實(shí)現(xiàn)。通過這個(gè)方法可以在2相導(dǎo)通位置獲得額外的高磁通。這一類型的馬達(dá)應(yīng)該避免使用于微步進(jìn)當(dāng)中，因?yàn)檫@里有大量的正弦/余弦偏移存在。馬達(dá)與正弦/余弦的一致性越接近，在微步進(jìn)應(yīng)用中將獲得更好的性能。 偏移可以分為兩個(gè)部分：磁通的矢量的幅度（影響微步進(jìn)的支持扭矩），以及磁通矢量的方向（影響微步進(jìn)的停止位置）。3，微步進(jìn)位置波動 當(dāng)一個(gè)步進(jìn)器用于一個(gè)微步進(jìn)應(yīng)用中時(shí)，微步進(jìn)的停止位置受正弦/余弦的結(jié)構(gòu)的影響，微步進(jìn)停止位置的理論和實(shí)際位置的不同稱為微步進(jìn)位置的波動。當(dāng)一個(gè)正弦/余弦曲線形狀提供給馬達(dá)線圈時(shí)，它被定義為一個(gè)全循環(huán)的所有的步進(jìn)周期中，從理論到實(shí)際的微步進(jìn)停止位置平均偏移量（見圖6）。微步進(jìn)位置的波動是一個(gè)在整個(gè)循環(huán)過程的中間值，這意味著它不是一個(gè)通常的2相導(dǎo)通的步進(jìn)精度的函數(shù)，為計(jì)算全部的微步進(jìn)精度，微步進(jìn)位置的精度應(yīng)該增加到2相導(dǎo)通的精度之中。微步進(jìn)位置波動的影響是，當(dāng)一個(gè)馬達(dá)驅(qū)動于一個(gè)未經(jīng)補(bǔ)償?shù)耐庑沃袝r(shí)，在整個(gè)全步進(jìn)的循環(huán)中轉(zhuǎn)子的移動是一個(gè)不同速度的運(yùn)動過程。也就是說，微步進(jìn)在步進(jìn)長度上是不同的，當(dāng)采用一個(gè)1/32的全步進(jìn)的步進(jìn)長度時(shí)，步進(jìn)長度在名義值的1/2到3倍之間都是正常的（見圖7）。在微步進(jìn)系統(tǒng)的應(yīng)用中，這是一個(gè)非常普遍的現(xiàn)象即激勵系統(tǒng)的共振。4，微步進(jìn)支持扭矩的波動 當(dāng)步進(jìn)馬達(dá)使用微步進(jìn)時(shí)，磁通量的磁場強(qiáng)度也與理論值偏移，這便導(dǎo)致微步進(jìn)支持扭矩的波動。當(dāng)馬達(dá)由一個(gè)正弦/余弦電流曲線驅(qū)動時(shí)，支持扭矩的名義值理論上依賴于磁通的方向。理論的支持扭矩可以通過以下的方式計(jì)算： TH=K（IA2+IB2） 如果IA 、IB是正弦/余弦對時(shí)，那么TH依賴于磁通的方向。微步進(jìn)支持扭矩波動的幅度，是轉(zhuǎn)子和定子牙形的函數(shù)，通常在2相導(dǎo)同支持扭矩的10%~30%的范圍內(nèi)。大多數(shù)馬達(dá)的最大支持扭矩的最佳值在2相導(dǎo)通的位置（見圖8）。微步進(jìn)支持扭矩的波動是一個(gè)全步進(jìn)周期中所有的步進(jìn)循環(huán)的平均值，并且受2相導(dǎo)通時(shí)支持扭矩的波動引起的馬達(dá)偏差的干擾，當(dāng)一個(gè)步進(jìn)器停止于不同的2相導(dǎo)通位置時(shí)，支持扭矩通常在名義支持扭矩的177。10%的差異范圍內(nèi)。這些差異可以因轉(zhuǎn)子及定子的幾何結(jié)構(gòu)的機(jī)械偏差產(chǎn)生，并且對于一個(gè)正確幾何形狀的馬達(dá)差異將為零。5，磁滯 步進(jìn)馬達(dá)的停止位置的磁滯主要受電磁磁滯的影響，但也部分地受馬達(dá)軸承摩擦的影響。當(dāng)我們測量步進(jìn)位置時(shí)，首先使馬達(dá)以CW方向旋轉(zhuǎn)隨后再以CCW方向旋轉(zhuǎn)，磁滯將明顯地顯示出來（如圖6）。 空氣間隙中的磁通量理論上與線圈的圈數(shù)（n）及線圈中的電流（I）成比例：FA=KfnI 由于轉(zhuǎn)子及定子磁通特征上的磁性材料的磁滯，這個(gè)數(shù)據(jù)不再很準(zhǔn)確，當(dāng)包含磁滯時(shí)，當(dāng)前的磁通是一個(gè)當(dāng)前線圈電流及歷史磁通的函數(shù)（如圖9），H值直接與線圈電流成比例，但在定義磁通時(shí)，也要知道以前的H值（磁通歷史值）。如果在應(yīng)用中磁通的位置很重要，有時(shí)需要使用一個(gè)過平衡移動以使磁滯經(jīng)常在同一側(cè)上，并因此不會產(chǎn)生附加的位置錯(cuò)誤。 在一個(gè)高分辨度的微步進(jìn)應(yīng)用中，磁滯可以為名義微步進(jìn)長度的若干倍。 當(dāng)要計(jì)算一個(gè)步進(jìn)馬達(dá)系統(tǒng)的全部步進(jìn)的位置精度時(shí)，重要的是要清楚磁滯是否包含在特定的特定的步進(jìn)精度內(nèi)而出現(xiàn)在馬達(dá)數(shù)據(jù)表上。6，扭矩波動 當(dāng)步進(jìn)馬達(dá)在全步進(jìn)或半步進(jìn)模式中被驅(qū)動時(shí)，將由馬達(dá)產(chǎn)生一個(gè)脈沖扭矩，這個(gè)脈沖扭矩與摩擦負(fù)荷扭矩有同樣的中間值，但在一些應(yīng)用中有一個(gè)為均值20倍或更高的峰值出現(xiàn)，這就是馬達(dá)系統(tǒng)噪音及共振的主要原因，這個(gè)現(xiàn)象叫扭矩波動。對于一個(gè)理想的步進(jìn)馬達(dá)，扭矩波動是支持扭矩、步進(jìn)模式及負(fù)荷角度（f1）的函數(shù)。負(fù)荷角度，或稱轉(zhuǎn)子延遲，定義為在定子電子磁通與轉(zhuǎn)子位置測量的電子角之間的偏移量。 在實(shí)際的應(yīng)用中，扭矩波動也受使用的步進(jìn)器和驅(qū)動器的正弦/余弦結(jié)構(gòu)的影響。 當(dāng)微步進(jìn)在一個(gè)步進(jìn)應(yīng)用中用于減少噪音時(shí)，要重點(diǎn)了解激勵共振的主要根源。下面的公式說明一個(gè)高精度的控制器驅(qū)動器的組合（如PBM3960及PBL3771）減少了與驅(qū)動器/控制器聯(lián)系的錯(cuò)誤