概述

步进电机常被用于定位，它们性价比高、易于驱动，可用于开环系统，且无需像伺服电机那样提供位置反馈，因此非常适用于小型工业机器，例如激光雕刻机、3D 打印机和激光打印机等办公设备。

同时，步进电机的品种也非常繁多。对于工业应用来说，每转 200 步的两相混合式步进电机最为常见。这里的 “混合” 是指它利用永磁体和带齿铁转子的工作方式（例如可变磁阻电机），而 “200 步” 则指电机每步移动 1.8°，该步数为转子和定子上齿数的函数。

本文将聚焦这种最为常见的两相混合式步进电机进行阐述。图 1 即为典型的两相混合式电机。

微步进

步进电机的步进值可以设置为小于整步，称为微步进。它通过调节绕组电流来实现，使转子可以定位于整步之间。设计人员几乎可以定义任何大小的微步进，因为其步进值仅受制于驱动绕组电流的数模转换器 (DAC) 和放大器的分辨率，所以1/256 分辨率，甚至 1/1024 分辨率都很常见。

然而，实际上对大多数的机械系统来说，这种精细的微步进并不总能提高定位精度，还有很多其他因素都会对性能产生负面影响。

固有误差

微步进中的角度误差有几个来源。一是电机本身的缺陷，如机械和磁性方面的缺陷。没有电机会拥有完美的正弦电流-位置传递函数。即使能够向电机施加完美的正弦和余弦电流，电机的运动也不可能是绝对的线性。

另一个误差源是步进电机控制器的电流调节精度。典型的步进电机IC 只能精确到满量程电流的 5%左右。另外，两个通道之间的电流调节匹配度也可能并不完美。这些不精确的因素都会降低定位的精度。

有关这些误差的更多信息，请参阅应用说明 《Understanding MP6500 Current Control》。

步进电机扭矩

步进电机均具有额定的保持扭矩。保持扭矩是将电机从整步位置拉开所需的扭矩，也是电机移动一整步时能够产生的扭矩。在每一个整步之后，齿都会与最小磁路对齐，从而产生强大的扭矩。

增量保持扭矩=(整步保持扭矩)×sin(90°/X)

上式中的X代表微步进的步数。

举例来说，对 1/8 步而言，增量扭矩约为整步扭矩的 20%；对1/32 步而言，增量扭矩仅为整步扭矩的 5%。

对运动控制系统而言，它代表在执行微步进时实际要达到的预期位置，电机上的扭矩负载必须远小于电机额定保持扭矩。

实验室测量

我们通过几个实验来测试微步进的定位精度。实验室装置使用了安装在步进电机轴上的第一表面镜和一个激光器。首先，光束通过镜面反射到实验室的另一端，距离约为9米；然后我们测量激光束的仰角，并计算角度。精度测量主要受限于光束高度的测量精度；±1mm的高度对应±0.006°的精度。

用于实验的电机为典型的混合式电机，常用于 3D 打印机等产品。该电机为1.8°双极性电机，额定电流2.8A，保持扭矩为1.26Nm。

第一个实验单独测量了电机的精度。我们用精确的直流电流源来驱动两相，电机轴上无扭矩负载，只有一面镜子安装在轴上（参见图 2）。

采用这种装置测量的结果显示出了很小的非线性度；但总体而言，角度精度良好，约为 ±0.03°。而且，电机运动具有单调性（参见图 3）；也就是说，电机永远不会朝错误的方向移动或无法移动。如果出现这类错误，那只能说明电机本身具有固有误差，或者测量错误。在这里，1/32 步对应精度为0.056°。

接下来，将电机与磁粉制动器连接在一起，该制动器用于向电机施加摩擦扭矩负载（参见图4）。

继续阅读 >>>请复制下方链接进入MPS官网查看：

https://bit.ly/3Uct8Vg