则电机各相电流产生的稳态转矩为：
    

TU=k*I*sin(wt)*sin(theta)    

TV=k*I*sin(wt+2*PI/3)*sin(theta+2*PI/3)    

TW=k*I*sin(wt+4*PI/3)*sin(theta+4*PI/3)
    稳态运行时，theta=wt，则三相绕组产生的合成转矩为：
    T=TU+TV+TW=3/2*k*I*sin(PI/2-wt+theta)=3/2*k*I
    

 

以上分析表明，对于三相永磁同步电机，当三相绕组输入相差 120°的正弦电流时，由

于在内部产生圆形旋转磁场，电机的输出转矩为恒值。因此，将交流伺服控制原理应用到
三相混合式步进电机驱动系统中，输入的 220V 交流，经整流后变为直流，再经脉宽调制
技术变为三路阶梯式正弦波形电流，它们按固定时序分别流过三路绕组，其每个阶梯对
应电机转动一步。通过改变驱动器输出正弦电流的频率来改变电机转速，而输出的阶梯数
确定了每步转过的角度，当角度越小的时候，那么其阶梯数就越多，即细分就越大，从
理论上说此角度可以设得足够的小，所以细分数可以是很大，而交流伺服控制的每步角
度与反馈的编码器的精度有很大的关系，一般使用的为 2500 线，所以每一步转过的角度
仅为 0.144 度，而此方法控制的步进电机，比如其细分数为 10000，则每一步转过的角度
为 0.036 度，所以比一般的伺服控制精度高很多。当然，步进电机转动时，电机各相绕组
的电感将形成一个反向电动势，频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率
(或速度)的增大而相电流减小，从而导致力矩下降，通过恒流方式可以使在电机低频和
高频时保持同样的相电流从而使高频的力矩特性有所改善，这只能是在低速时，所以其
综合性能（高低速噪声，高速力矩，高速平稳性等）很难赶超交流伺服控制系统。
图 2 给出相差 120°的三相阶梯式正弦电流
    三相混合式步进电机一般把三相绕组连接成星形或者三角形，按照电路基本定理，三
相电流之和为零。即 IU+IV+IW =0 。所以通常只需产生两相绕组的给定信号，第三相绕组
的给定信号可由其它两相求得。同样，只需要对相应两相绕组的实际电流进行采样，第三
相绕组的实际电流可根据式求得。
    3、三相混合式步进电机驱动器的系统构成
    驱动器的总体方案如图 3 所示，主要包括单片机电路、电流追踪型 SPWM 电路和功率
驱动电路组成。
图 3 驱动器的整体框图
    3.1 DSP 模块设计
    在这里，我们选择了 TI 公司的 DSP 作为 CPU 芯片，DSP（Digital Signal Processor）实
际上也是一种单片机，它同样是将中央处理单元、控控制单元和外围设备集成到一块芯片

——

上。但它又有自身鲜明的特点

因为采用了多组总线技术实现并行运行的机机制，从而

大 大 提 高 了 运 算 速 度 ， 具 有 更 强 的 运 算 能 力 和 更 好 的 实 时 性 。 本 文 选 用 的
DSP（TMS320LF2407A）是一款电机控制专用芯片，144 引脚，具有丰富的 IO 资源，含
有四个通用定时器，具有两路专用于控制三相电机的 PWM 发生器（可产生六路 PWM 信
号），另外还有专用接收外部脉冲和方向的 I/O 口，从而简化了电路设计和程序开发。

     DSP 输入信号包括步进脉冲信号 CP

 

、方向控制信号、脱机信号， 过流保护信号。这

几种信号均通过高速光耦连接到 DSP 的引脚上，另外还有细分步数及电流选择信号。当
脱机信号为有效时，驱动器输出到电机的电流被切断，电机转子处于自由状态（脱机状
态）。反馈电流通过 DSP 自带的的 10 位模数转换器（AD）采样，反馈的电流通过一定的
算法后，由 DSP 自带的 PWM 口输出控制电机。

  

3.2 电流追踪型回路

    这种传输方式以模拟电压的幅值代表采样电流或者电压的大小，其主要用来采样

a，b 两相电流及母线电压检测，实现电机电流控制以及过压、欠压、过流保护。驱动器通过