五相混合式步进电动机走步均匀性分析

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式中N—每相绕组的串联匝数；NI—每相绕组的磁动势；Z2—转子的齿数；θ—矩角；Ad—直轴磁导；Aq—交轴磁导。
　　电磁转矩最大值Tmax与每相绕组磁动势(或相电流)的平方成正比，所以步进电动机属于对绕组电流十分敏感的传动电动机。

　　主电路如图1示，下桥臂电流恒定值固定为相绕组额定电流的两倍2I。以半步运行为例，4-5励磁的20种通电状态中4相励磁与5相励磁交替进行，根据环分控制逻辑不难分析，主电路稳态等值电路基本结构为4拍一循环，所以单步响应特性也是4拍一循环。混合式步进电动机的驱动控制主要体现为对转矩矢量的控制，而绕组电流又直接与转矩相关。以一相绕组通以额定电流I产生的定位转矩T为基准，首先分析相邻4拍 绕组电流及其相应派生定位转矩矢量的变化规律。
　　
　　派生定位转矩矢量为：
　　
　　派生定位转矩矢量为
　　
　　派生定位转矩矢量为
　　?
　　
　　从以上分析可以看出：派生定位转矩矢量变化不均匀，表现在大小上不一样，转矩波动相当明显，最大值是最小值的2.15倍；相位变化也不均匀，5相励磁产生了附加步距误差。这些因素反映在步进电动机低频运行时，走步有明显的“强”“弱”或“重”“轻”，加剧了电机的低频震荡，这对低速工作是不利的，另外步矩角的不均匀也影响到系统的脉冲当量。

　　若改下桥臂恒流斩波的电流恒定值随绕组励磁状态变化，可以改善定位转矩矢量变化的均匀性。具体分析如下。
　
　　条件：B相下桥臂恒流斩波的电流恒定值为2I；D相下桥臂恒流斩波的电流恒定值为1.5I。各相绕组电
　　
　
　　条件：D相下桥臂恒流斩波的电流恒定值为2I；B相下桥臂恒流斩波的电流恒定值为1.5I。各相绕组电
　　
　　条件：D相下桥臂恒流斩波的电流恒定值为2I；A、E相下桥臂恒流斩波的电流恒定值为I；各相绕组电
　　
　　由以上分析不难看出，派生定位转矩矢量变化的均匀性得到较大改善，转矩波动相当小，最大值仅是最小值的1.11倍，且无附加步距误差。

　　按照改进方案，每相下桥臂恒流斩波的电流恒定值随绕组励磁状态变化，在下桥臂开通时根据励磁状态不同有I、1.5I和2I三种取值，电路如图3，通过开关切换改变电阻分压值得到所要求的电流设定值。模拟开关k1a和k2a可采用CD4066集成电路实现。

　　
　　由式(1)可确定电阻R?0和R?1的阻值。
　　k1ak2a=10时，比较器U“+”端门限值为
　　
　　由上式可确定电阻R3的阻值。
　　表1为整个五相电流控制开关与环分信号对应的开关真值表。某相下桥臂未开通时，表中的逻辑值为随意值。开关真值表可结合环分信号用EPROM或CPLD等器件来实现。