基于上述优点，步进电机被广泛应用于数模转换、速度和位置控制系统，是数字开环控制系统理想的执行元件[2]。近年来随着微处理器技术，电力电子技术和微电子技术的飞速发展，步进电机的驱动技术日益完善。在运动系统数字化控制的今天，步进电机广泛应用于计算机外围设备、机床的控制程序及其他数字控制系统，如软盘驱动器、绘图机、打印机、自动记录仪表、数/模转换设备和钟表等装置系统中[3]。

1. 2  步进电机驱动和控制技术

步进电机必须由专门的驱动电源供电，这是步进电机的特点之一。步进电机的运行性能是步进电机和驱动电路、控制方式的综合表现。

1.2.1  步进电机的驱动技术

驱动电源的基本部分包括变频信号源、脉冲分配器和脉冲功率放大器[1]，如图1.1所示：

图1.1  驱动电源框图

其中变频信号源是频率可变的脉冲发生器，其根据控制指令产生一定频率的脉冲信号，常见的频率发生器为多谐振荡器或由单结体晶体管组成的张弛振荡器。脉冲分配器是门电路和双稳态触发器组成的数字逻辑电路，将一路脉冲信号按一定的逻辑关系分为几路加到功率放大器上，从而驱动步进电机按照一定的方式运转。功率放大器实现环形分配器和电机之间的电流及功率匹配。不同功率放大器电路种类对电机性能影响不同。

    a）步进电机典型驱动方式：

    1）单电压驱动

单电压电路是由脉冲控制功率管的开关，控制绕组中串联电阻以缩短电流上升时间，改善电机的动态性能。此种电路优点是线路简单，所用功率器件少，成本低，缺点是由于电阻消耗相当可观的电量，工作效率低，尤其在高频时对电机正常运行不利。因此只适用于小功率或对性能指标要求不高的步进电机驱动[4]。

    2）高低压驱动

高低压电路关键技术在于导通前用高电源供电提高电流前沿上升率，达到或超过额定电流时切换为低电源，维持额定电流。由于电流波形得到了很大的改善，电机的矩频特性好，启动和运行频率得到了很大的提高[5]，并且电源功耗减小，效率提高。其缺点主要是低频运行时输入能量过大，造成振荡加剧，电源容量增大，对功率管性能参数要求提高。适用于大功率步进电机驱动。

    3）定电流斩波驱动

步进电机运行时由于磁导的变化在绕组中产生感应电动势以及绕组间的互感造成绕组电流波顶下凹的现象，引起电机转矩下降，动态性能变差，甚至造成失步。因此，在高低压驱动电路基础上，根据绕组电流的变化情况切换高低电源，使绕组电流始终维持在要求的精度范围，此即为定电流斩波驱动。它具有高低压驱动的优点，并且提高了电机的运行特性，但电路较复杂，且对功率管的开关速度要求较高。

    4）调频调压驱动

调频调压电路就是利用电压调整器、积分器和比较器根据输入脉冲的频率调整电压。低速时，绕组电压低，使电流上升缓慢避免出现过冲；高速时，绕组电压升高，使电流前沿变陡，来建立足够的绕组电流。此电路很好地控制了绕组电流，改善了电机的运行性能，但是电路较复杂，还需根据电机的不同调整电压与频率的对应关系。

    5）细分驱动

细分是指把步进电机的步距角细分成若干步，这样步进电机的运动近似地变为匀速运动，并能使它在任何位置停步[1]。细分电路实质上是一种电磁阻尼技术的应用，可大大改善电机低速运行时的特性，同时实现微量供给，不再受电机制造工艺的限制。得益于电力电子技术和微处理器技术的发展，细分驱动得到了广泛的应用，成为目前主流驱动方式之一。