什么是步进电机细分？其控制原理是什么？

步进电机是执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在国民经济各个领域都有应用。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号时，就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的，通过控制脉冲个数控制角位移量，达到准确定位的目的，同时通过控制脉 冲频率来控制电机转动的速度和加速度，达到调速的目的。步进电机作为一种控制用的特种电机，其没有积累误差(精度为100%)，被广泛应用于各种开环控制。

步进电机细分控制是指对步距角再进行详细的分步控制。例如，对一个步距角为1.8°的两相四拍电机进行四细分控制，就是使得电机转动一步是1.8除以4，也就是0.45°来运转。 对于步进电机来说细分功能完全是由外部驱动电路精确控制电机的相电流产生的，和具体电机无关。步进电机的细分控制是通过等角度有规律的插入大小相等的电流合成向量，从而减小合成磁势的角度(步距角)，从而达到细分目的。步进电机之所以能实现步进就是因为在硬件结构上做了拆分(定子上有不同的通电相，转子上有齿)，使其一次转动不是一圈，而是一步一步的按固定的角度转动。这一步所转过的角度就是步距角。步距角是步进电机的固有属性，每一个步进电机的步距角在设计完成之后就是固定的。步进电机步距角和电机运行的拍数以及转子齿数有关，θ=360/NZ(2相电机的计公式，本文例子全部以两相电机为例，N是拍数(一般可以通过线数来确定)，Z是转子的齿数。)

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。若四相步进电机按A→B→C→D→A 的顺序轮流通电, 即整步工作, 磁场分四拍旋转, 每次电流换向, 步进电机将前进整步距角的1/4。而按A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A 的顺序轮流通电, 即半步工作, 每次电流换向, 步进电机将前进整步距角的1/8。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。我们知道, 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。也就是说, 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。

步进电机的原理：通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。(一)控制换相顺序。通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：三相步进电机的三拍工作方式，其各相通电顺序为A―B―C― D，通电控制脉冲就必须严格按照这一顺序分别控制A，B，C，D，进行电的通断。(二)控制步进电机的转向。如果给定工作方式是正序换相通电，步进电机就正转;如果按反序通电换相，步进电机就反转。(三)控制步进电机的速度。 如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它就再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。