步進(jìn)系統(tǒng)是一個開環(huán)系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中，步進(jìn)電機的質(zhì)量、機械傳動部分的結(jié)構(gòu)和質(zhì)細(xì)分控制電路所謂細(xì)分電路，是把步進(jìn)電動機的一步再分得細(xì)一點。如十細(xì)分電路，將使原來輸入

提高步進(jìn)系統(tǒng)精度的措施步進(jìn)系統(tǒng)是一個開環(huán)系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中，步進(jìn)電機的質(zhì)量、機械傳動部分的結(jié)構(gòu)和質(zhì)細(xì)分控制電路所謂細(xì)分電路，是把步進(jìn)電動機的一步再分得細(xì)一點。如十細(xì)分電路，將使原來輸入GeorgeEllis2010-01-1217:39

量以及控制電路的完善與否，均影響到系統(tǒng)的工作精度。要提高系統(tǒng)的工作精度，應(yīng)從這幾

方面考慮：如改善步進(jìn)電機的性能，減少步距角；采用精密傳動副，減少傳動鏈中的傳動間

隙等。但這些因素往往由于結(jié)構(gòu)工藝的關(guān)系而受到一定的限制。在這種情況下，還可以從控

制線路上采取一些措施以彌補其不足。下面介紹幾種常見的提高系統(tǒng)精度的方法。

(1)

一個脈沖電機走一步變?yōu)檩斎胧畟€脈沖才使電機走一步。換句話說，采用十細(xì)分電路后，在

迸給速度不變的情況下，可使脈沖當(dāng)量縮小到原來的十分之一。自然，這時相對于最高移動

速度的進(jìn)給脈沖頻率要提高十倍。

步進(jìn)電動機在細(xì)分狀態(tài)下運行，由于步距角變小，轉(zhuǎn)子到達(dá)新穩(wěn)態(tài)點所具有的動能也

變小，使振動顯著減小。因此，細(xì)分電路不但可以實現(xiàn)微量進(jìn)給，而且可以保持系統(tǒng)原有的

快速性，另外，也提高了步進(jìn)電動機在低頻段運行的平滑性。

不用細(xì)分時，繞組電流是由零躍升到額定值的，相應(yīng)的角位移如圖13.10(a)所示。

采用細(xì)分后，繞組電流要經(jīng)過若干小步的變化，才能達(dá)到額定值，相應(yīng)的角位移如圖13.10(b)

所示。例如五相步進(jìn)電機，在普通的五相十拍運行方式的基礎(chǔ)上，再將每一拍細(xì)分成十個小

拍，即把一次通電狀態(tài)的改變細(xì)分為十次階梯電流變化，當(dāng)從ABC通電狀態(tài)轉(zhuǎn)換成BC通電

時，其中A相繞組的通電狀態(tài)變化為：

ABC—AO.9BC—AO.8BC—AO.7BC—AO.6BC—AO.5BC—AO.4BC—AO.3BC—AO.2BC—AO.1BC—BC

，即每一小步繞組電流僅變化額定值的十分之一?？梢?，采用細(xì)分后使繞組中勵磁電流的變

化比較均勻。

自動升降速控制電路如圖13.11所示，設(shè)自動升降速控制電路如圖13.11所示，設(shè)Pa為運算器送來的進(jìn)給脈沖，其頻率為fa；Pb為實際送人步

自動升降速控制電路有許多種，有用可逆計數(shù)器構(gòu)成的，也有用積分器組成的，還有

用數(shù)字脈沖乘法器原理實現(xiàn)的。下面僅介紹一種帶有可逆計數(shù)器和數(shù)／模轉(zhuǎn)換的自動升降速

電路的工作原理。

進(jìn)電機環(huán)形分配器的工作脈沖，其頻率為fb。Pa和Pb都經(jīng)同步器送入可逆計數(shù)器，同步器

的作用在于保證不丟失Pa和Pb，并使Pa送入可逆計數(shù)器時作加法，Pb送入可逆計數(shù)器時

作減法?？赡嬗嫈?shù)器中記下的是進(jìn)給脈沖與工作脈沖數(shù)之差，設(shè)此數(shù)為N，送入數(shù)／模轉(zhuǎn)換

裝置，由數(shù)／模轉(zhuǎn)換裝置的輸出控制振蕩器的振蕩頻率，將N的變化轉(zhuǎn)成振蕩器的振蕩頻率

的變化。振蕩器的輸出就是自動升降速電路的輸出，該輸出是頻率為fb的脈沖，既將它送

入分配器控制步進(jìn)電機，同時又反饋到自動升降速電路的輸入端構(gòu)成一個閉環(huán)系統(tǒng)。當(dāng)輸入

量fa為階躍值時，輸出量fb卻是緩慢變化的，從而達(dá)到自動升降速的目的。由上述分析可

知，只有當(dāng)可逆計數(shù)器內(nèi)的存數(shù)N不為零時，才有輸出脈沖。

整個自動升降速的過程可用圖13.12表示。當(dāng)輸入不變的進(jìn)給脈沖fa后，工作脈沖

整個自動升降速的過程可用圖13.12表示。當(dāng)輸入不變的進(jìn)給脈沖fa后，工作脈沖

fa則是個變量，它從某一低頻fb0升高到fa。而fa、fb都要送入可逆計數(shù)器，為了避免兩

者由于重疊或相隔很短所造成的計數(shù)誤差，使它們都通過同步器，保證其計數(shù)正確。

在進(jìn)給開始時fa＞fb，可變頻振蕩器的頻率較低，所以反饋脈沖（即工作脈沖）數(shù)

比進(jìn)給脈沖數(shù)少，因而可逆計數(shù)器的寄存數(shù)Ⅳ逐漸增加，振蕩器的頻率逐步提高，經(jīng)過時間

f后使fb=fa，達(dá)到平衡，這就是升速過程。

在fb=fa后，可逆計數(shù)器的存數(shù)不變，因而振蕩器的頻率亦穩(wěn)定下來，這時反饋脈沖

頻率和進(jìn)給脈沖頻率相一致，這就是恒速（或稱為勻速）過程。

如果運算已到達(dá)終點，進(jìn)給脈沖fa變?yōu)榱?，此時可逆計數(shù)器只有反饋脈沖。因此，

傳動誤差補償步進(jìn)電動機的閉環(huán)控制就步進(jìn)電動機而言，關(guān)鍵在于電動機應(yīng)能遵循每個脈沖指令，以便在控制運行結(jié)束時，

可逆計數(shù)器中的存數(shù)逐步減少，反饋脈沖的頻率亦逐步降低，直到可逆計數(shù)器中的存數(shù)為零傳動誤差補償步進(jìn)電動機的閉環(huán)控制就步進(jìn)電動機而言，關(guān)鍵在于電動機應(yīng)能遵循每個脈沖指令，以便在控制運行結(jié)束時，

即可逆計數(shù)器全“o”，步進(jìn)電機才停止工作。這個過程就是降速過程。由以上分析可知，

在整個升速、勻速和降速的過程中，步進(jìn)電動機所走的步數(shù)和指令的進(jìn)給脈沖數(shù)相等。

(3)

在實際使用過程中，由于設(shè)備的剛性、環(huán)境的溫度、負(fù)載的變化都可能帶來一定的傳

動誤差，這樣只靠開環(huán)系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)去克服，就有一定的難度。而且隨著長時間使用，機械

部件的磨損和變形會產(chǎn)生一些誤差，因而需要采用各種補償功能，以便改善開環(huán)系統(tǒng)的位置

精度。常用的齒距誤差和反向間隙補償?shù)脑硎牵焊鶕?jù)實際的傳動間隙或齒距誤差的大小，

每當(dāng)出現(xiàn)反向或移動到有齒距誤差的位置時，用硬件線路來補充一定的進(jìn)給脈沖來克服。也

可以利用程序進(jìn)行補償，以達(dá)到減少偏差的目的。在微機中多采用針對不同的誤差源進(jìn)行專

項牢h償?shù)姆椒ǎ邕M(jìn)行齒隙補償和螺距補償?shù)?。在微機系統(tǒng)中，常將各種補償參數(shù)存放在

RAM中，當(dāng)程序判斷該進(jìn)行補償時，計算機便立刻查找表格，取出補償值，再進(jìn)行有關(guān)的修

正計算，從而完成補償任務(wù)。

(4)

所走的總步數(shù)等于給定脈沖的總數(shù)。遺憾的是，在開環(huán)控制下，步進(jìn)電動機的性能卻常常受

到限制。

輸入脈沖鏈的頻率太高，電動機不能完全跟上脈沖的變化是屢見不鮮的。一般地說，

一臺步進(jìn)電動機具有什么樣的性能，在很大程度上取決于用什么方法控制它。因為如果沒有

反饋，就無法知道電動機是否丟失脈沖，或者電動機的轉(zhuǎn)速響應(yīng)是否擺動過分，所以步進(jìn)電

動機的開環(huán)性能受到限制是理所當(dāng)然的。

采用位置反饋和（或）速度反饋來確定與轉(zhuǎn)子位置相適應(yīng)的正確相位轉(zhuǎn)換，可以大大

地改進(jìn)步進(jìn)電動機的性能。采用閉環(huán)控制，不僅可以獲得更加精確的位置控制和高得多、平

穩(wěn)得多的轉(zhuǎn)速，而且可以在步進(jìn)電動機的許多其他領(lǐng)域內(nèi)獲得更大的通用性。

圖13.13表示的是一種利用步進(jìn)電動機的閉環(huán)伺服系統(tǒng)的方框圖。參考輸入信號用絕大多數(shù)步進(jìn)電動機閉環(huán)控制系統(tǒng)都是使用脈沖負(fù)反饋來響應(yīng)電動機的位移。圖13.

圖13.13表示的是一種利用步進(jìn)電動機的閉環(huán)伺服系統(tǒng)的方框圖。參考輸入信號用絕大多數(shù)步進(jìn)電動機閉環(huán)控制系統(tǒng)都是使用脈沖負(fù)反饋來響應(yīng)電動機的位移。圖13.

電壓形式表示。電壓形式的誤差信號由壓控振蕩器(VCO)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動步進(jìn)電動機的脈沖鏈。

步進(jìn)電動機會按誤差的大小和符號作出響應(yīng)，并按正確的方向旋轉(zhuǎn)，直至誤差消除為止。

步進(jìn)電動機使用鎖相環(huán)路原理也能實現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制。圖13.14是說明鎖相環(huán)路的方框

圖。鎖相環(huán)路的目的是要使步進(jìn)電動機能跟蹤輸入的脈沖鏈。

15的方框圖說明了這種步進(jìn)電動機閉環(huán)控制線路的各個環(huán)節(jié)。在這種情況下，編碼器可以

是一種光電裝置，也