步进电机的概述
1 引言
步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移（或线位移）的机电
元件，具有结构简单坚固耐用工作可靠的优点因此广泛应用于工业控制领域。
由于脉冲的不连续性又使步进电机运行存在许多不足之处，如低频振荡、噪声
大、分辨率不高及驱动系统可靠性差等，严重制约了其应用范围。步进电机的
细分控制有效地解决了这一问题，但是传统的步进电机驱动系统大多数采用
的是用
§作为控制芯片，外加分立的数字逻辑电路和模拟电路构成。受单
片机工作频率的限制，细分数不是很高，因此驱动器的控制精度较低，控制
性能不是很理想。随着高性能数字信号处理器 DSP 的出现，以 DSP 为控制核
心，以软件方式实现电机控制一度成为研究的热点。近年来随着可编程逻辑器
件的飞速发展，使得可编程逻辑器件功能越来越强大从而促使高集成化高精
度驱动器的出现。因此本文提出了一种基于 SOPC 片上可编程的全数字化步进
电机控制系统，本系统是以 FPGA 为核心控制器件，将驱动逻辑功能模块和
控制器成功地集成在 FPGA 上实现，充分发挥了硬件逻辑电路对数字信号高
速的并行处理能力，可以使步进电机绕组电流细分达到 4096，且细分数可以
自动调节，极大地提高了控制精度和驱动器的集成度，减小了驱动器体积。
2 步进电机细分驱动原理
步进电机的细分控制本质上是对步进电机励磁绕组中的电流进行控制，
“ ” “ ”
在普通驱动方式下，驱动电路只是通过对电动机绕组激磁电流的 开 和 关 ，
使步进电动机转子以其本身的步距角分步旋转。步进电动机靠定子、转子磁极
“
”
间的电磁力来进行工作，当它处于 双拍 状态工作时，其定位位置是正好位
于两通电磁极的中间，即依靠两通电磁极电磁吸引力的平衡而获得的。由此可
以推论:如果能够进一步仔细地控制两磁极电磁吸引力的大小，使转子磁极获
得更多种由于两相定子磁极的电磁吸引力差异而形成的平衡定位位置。步进电
机细分驱动方式就是应用了这一原理，在细分驱动时，细分控制器通过控制
各相激磁绕组电流的逐步增大及逐步减小，让转子处于多个磁力平衡状态使
电机内部的合成磁场为均匀的圆形旋转磁场，实现步距角变小、电动机的旋转
得到细化的目的。合成的磁场矢量的幅值决定了电机旋转力矩的大小，相邻两
个合成磁场矢量的夹角大小决定了该步距角的大小。对于三相步进电机而言，
向 A、B、C 绕组分别通以相位相差 2/3π，而幅值相同的正弦波电流(图 1)，则
合成的电流矢量在空间做幅值恒定的旋转运动，其对应的合成磁场矢量也作
相应的旋转从而形成旋转力矩（图 2
）。
A、B、C 三相瞬时电流值如式（1）、（2）、（3
）所示。
§（1）