b） 单极性驱动和双极性驱动

若绕组电流只需朝一个方向流动时可采用单极性驱动电路，但若要求绕组电流向两个方向流动则需要采用双极性驱动电路。双极性驱动电路有两种，其一是由系统提供正负电源；其二是系统提供单一电源，采用全桥式驱动电路，通过控制功率管的开关实现电流的正反向流动。

通常小型化或低速时，要产生大转矩的情况，应使用双极性驱动[6]。另外，根据现在电机制造工艺，一般反应式电机用单极性驱动，永磁式和混合式电机采用双极性驱动。

单极性和双极性驱动的驱动方式仍可采用上述五种驱动方式。

1.2.2  步进电机的控制技术

以步进电机为执行元件的数字控制系统通常分为开环控制系统和闭环控制系统。

    a）开环控制

在不失步的情况下，步进电机的运动严格受输入脉冲控制，并且具有定位转矩，因此只需准确控制输入指令脉冲的数量或频率，就能够完成精确的位置或速度控制[5]，无需速度或位置反馈，形成开环控制系统。开环控制系统的框图如图1.2所示。

图1.2  步进电机开环控制系统框图

步进电机最高启动频率小于连续运行频率，若启动频率为运行频率时，电机不能启动，若只运行在启动频率则不能充分利用步进电机的潜力，所以，步进电机用于开环控制时常采用加减速定位的控制方式。电机以某一低于最高启动频率的频率启动，然后逐步提高频率，使之运行在最高运行频率，在到达终点前降低运行频率，使之减速。常用的加减速控制算法有三种，即梯形曲线、指数曲线、S曲线[7]。S曲线算法中加速度和速度曲线是连续的，因而能够保证步进电机在运动过程中速度和加速度没有突变，提高步进电机运动的平稳性，常应用于步进电机的精确控制[7]。

    b）闭环控制

步进电机在开环控制方式下高速运行时有失步、振动、噪声等问题，负载变化时也可能出现失步。另外，对于高精度系统，开环控制往往无法满足精度要求，因此可以增加反馈回路构成闭环控制系统。闭环控制系统框图如图1.3所示。

图1.3  步进电机闭环控制系统框图

闭环控制通常有两种控制方式：

    1）电流闭环：使激磁磁通与电流相位保持一致，使其能产生带动负载的负载转矩[6]。

    2）功率角闭环：使电机电流保持一定，而控制激磁磁通与功率角。功率角为转子磁极与定子激磁相相互吸引所成的角[6]。

目前新兴的控制技术为矢量控制，依托单片机、嵌入式系统及DSP技术，采用复杂的数字算法对测得的步进电机的相电流进行矢量解耦，合理调节电机的相电流从而控制电机的输出转矩，最终实现对电机的速度、位置的有效控制[2]。文献[8]提出了一种用超前角作为切换开环控制和闭环控制的算法。论文网

但与其它控制电机相比，步进电机的最大优势为价格低、位置控制稳定、驱动电路简单、开环控制性能好，若采用闭环控制则没有了价格优势，所以，步进电机控制系统仍多采用开环控制。

1.2.3  步进电机控制系统的实现

目前，步进电机控制系统主要通过以下几种方式实现：

    a）基于专用芯片的步进电机控制系统

步进电机控制专用芯片可完成基本的控制功能，如正、反转，选择通电方式等，其控制系统电路简单，仍为对步进电机性能要求不高的系统的主流控制方式。典型的控制芯片有L297，MC3479，UC3770，HA13532T等。