步进电机驱动相关的知识

之前小白白写过一篇步进电机驱动基础，讲了最基本的步进电机驱动方法。

这里，接着以前的文章，再讲一些步进电机驱动相关的知识，主要包括步进电机的细分驱动、加减速控制等内容。

1)步进电机的细分驱动

我们先来讲解什么是细分驱动，以两相的双极性电机为例子，它的基本结构如下图：

最基本的驱动方式是依次执行：A相通正电流，B相通正电流，A相通负电流，B相通负电流。这样周而复始，每执行一步，转子转动一个步距，类似于以前讲的单4拍法驱动。

如下图所示：

当我们想让它转动更加平稳时，可以使用类似单双8拍法的驱动方式，依次执行：A通正电流，A和B都通正电流，B通正电流，B通正电流A通负电流，A通负电流，A和B都通负电流、B通负电流、A通正电流B通负电流。

如下图所示：

这里通过A、B同时通电使得转子可以处在A、B中间的一个位置，使得原本一步走到的步距，变成了两步走到，这样可以使得步进电机运行更加平稳。

上述把四步变成八步的驱动方法，就是最简单的一种细分驱动。实际上，步进电机的细分驱动，就是在转子在转动一个步距的过程中，逐渐改变A、B相的电流(如A相逐渐变小、而B相逐渐变大)，使得转子可以平稳运动的驱动方法。

上面讲的驱动方法，在一个步距中分成了两步执行，所以称为2步细分;类似地，一个步距分为4步执行时称为4步细分。理想情况下如果无限细分下去，A、B相的电流就会变成正弦波。

如下图所示：

使用细分驱动方式时，步进电机的运行更加平稳，并且可以使得实际可控的步距角更小了，有了更高的控制精度。

实际应用中，实现细分一般都是由集成驱动芯片来完成的，如常见的A4988可以实现16步细分、RV8825芯片可以实现32步细分，TMC2209可以实现256细分。

另，网上可以买到的集成步进电器驱动器，也带由细分功能：

如果设计时体积比较宽松，可以考虑选择成品的步进电机驱动器，这样会简单很多。

2)步进电机的加、减速控制

在步进电机启动时，由于转子的速度是从零往上增加的，而步进电机的转速和驱动脉冲频率相关，所以在启动时，为了避免失步，通常会先给低频率的脉冲驱动，之后逐渐增加，直到到达预定的转速。

步进电机减速时，与加速过程类似，转子也是不能瞬间停止的，需要逐渐减小驱动脉冲频率，直到减到预定转速。

常用的加、减速控制方法有梯形曲线和S形曲线，也就是按梯形或S形曲线去加/减驱动脉冲的频率。

梯形曲线的示例如下图，就是在控制加速时，转速均匀增加，而减速时，转速均匀减小：

梯形曲线在加减速时，加速度是不变的，但是由于电磁转矩与转速是非线性关系，所以转速增加时转矩会下降，有是有可能产生转矩不足而失步的。使用更加平滑的S形曲线进行加减速控制，可以改善这一状态。

一种S形曲线的加速实现方式示例如下图，采用两段加速度恒定的方式实现，第一段加速度均匀增加，第二段加速度均匀减小，直到加速度为0，停止加速。

S曲线的减速也可以看作加速的逆过程，处理方法类似。S形曲线可以看作梯形曲线的改进，它在开始加速和停止加速的过渡区更加平滑。

这里要注意一下，S形曲线可以有多种实现方式，上面的例子只是一种方式，也可以由指数函数实现、正弦函数实现，需要依据实际情况选用合适的实现方式。