王春雷， 曹东兴， 曲祥旭， 胡慧

(1.河北工业大学 机械工程学院，天津 300130； 2.天津铁道职业技术学院，天津 300240)

0 引 言

步进电机具有制造成本低，可靠性高和开环控制等特点，广泛用于工业和消费类应用，例如计算机数控、机械臂、扫描仪、打印机等[1]。步进电机可以工作于开环或闭环模式，两种模式具有相似的驱动拓扑，即每个定子绕组由一个独立的H桥驱动，每个H桥又使用一个电流控制器按照参考电流变化规律调节绕组电流。

开环模式下，不需要使用昂贵的位置传感器，这对于普通工业应用或民用具有很强的吸引力[2]。由于没有位置传感器，位置或速度控制器无法实时获取转子的实际位置和速度信息来产生电流控制器需要的参考电流，因此参考电流的波形需要预先确定。通常选择定子绕组所允许的最大电流幅值作为参考电流幅值，使电机输出最大扭矩以避免失步现象的发生。这种非最优驱动方式存在能效低、转矩脉动大和共振等问题[3]。微步(microstepping)技术可以改善步进电机的转矩特性，提高定位精度，使得步进电机能够用于要求更高的场合，因此广泛应用于开环控制中[4]。然而，开环控制中固有问题仍然存在，如由负载转矩变化导致的失步和低能效等。闭环控制可以有效解决上述问题，随着电力电子技术的发展和现代控制理论的进步，其在步进电机上得到广泛应用。闭环控制通常采用级联结构，即：外部位置(速度)控制器通过采集的转子位置和速度等信息利用磁场定向控制(field oriented control，FOC)动态调节参考电流波形，内部电流控制器按照该参考电流调节绕组电流。……