【導讀】步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)是(shi)需(xu)要(yao)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)的(de)工(gong)業(ye)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)重(zhong)要(yao)組(zu)成(cheng)部(bu)分(fen)。它(ta)們(men)依(yi)靠(kao)電(dian)機(ji)驅(qu)動(dong)來(lai)解(jie)碼(ma)脈(mai)衝(chong)輸(shu)入(ru)並(bing)生(sheng)成(cheng)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)。良(liang)好(hao)的(de)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)使(shi)用(yong)特(te)定(ding)的(de)算(suan)法(fa)為(wei)電(dian)機(ji)繞(rao)組(zu)產(chan)生(sheng)電(dian)流(liu)，以(yi)實(shi)現(xian)步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)旋(xuan)轉(zhuan)的(de)增(zeng)量(liang)。該(gai)算(suan)法(fa)控(kong)製(zhi)速(su)度(du)、位置、步長分辨率和效率。脈寬調製 (PWM) 和正弦控製等控製方法可生成運動控製所需的電流。

步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)是(shi)需(xu)要(yao)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)的(de)工(gong)業(ye)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)重(zhong)要(yao)組(zu)成(cheng)部(bu)分(fen)。它(ta)們(men)依(yi)靠(kao)電(dian)機(ji)驅(qu)動(dong)來(lai)解(jie)碼(ma)脈(mai)衝(chong)輸(shu)入(ru)並(bing)生(sheng)成(cheng)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)。良(liang)好(hao)的(de)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)使(shi)用(yong)特(te)定(ding)的(de)算(suan)法(fa)為(wei)電(dian)機(ji)繞(rao)組(zu)產(chan)生(sheng)電(dian)流(liu)，以(yi)實(shi)現(xian)步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)旋(xuan)轉(zhuan)的(de)增(zeng)量(liang)。該(gai)算(suan)法(fa)控(kong)製(zhi)速(su)度(du)、位置、步長分辨率和效率。脈寬調製 (PWM) 和正弦控製等控製方法可生成運動控製所需的電流。

脈寬調製的工作原理

PWM 是一種用於調節傳遞給電機等負載的電量的控製方法。這種方法改變了電脈衝的寬度，這對於電機控製至關重要。

在PWM中，微控製器、定(ding)時(shi)器(qi)或(huo)其(qi)他(ta)電(dian)路(lu)生(sheng)成(cheng)數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)，通(tong)常(chang)是(shi)方(fang)波(bo)。產(chan)生(sheng)的(de)信(xin)號(hao)由(you)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)放(fang)大(da)

，然(ran)後(hou)將(jiang)其(qi)發(fa)送(song)到(dao)負(fu)載(zai)。輸(shu)送(song)到(dao)負(fu)載(zai)的(de)功(gong)率(lv)取(qu)決(jue)於(yu)脈(mai)衝(chong)寬(kuan)度(du)。

占空比用於改變數字信號（關閉）的脈衝寬度。脈寬調製器通過將參考電壓與斜坡電壓進行比較來控製脈寬，通常用於調整占空比。

圖 1. PWM 信號是原始信號（虛線）的實線方波。圖片由 Bob Odhiambo 提供

改變 PWM 信號的占空比可以調整提供的功率以實現控製，使其成為步進電機的理想控製方法。

PWM 信號的類型

有兩種不同類型的脈寬調製 信號。

單端脈寬調製。 zaidanduanmaikuantiaozhizhong，weikongzhiqishengchengjuyoubianhuazhankongbihegudingpinlvdefangboxinhao。gaipinlvjuedinglefasongmaichongdesulv。maichongdekuandujiushiqizhankongbi。keyigaibianzhouqilaidingyimaichongchuyugaodianpingdeshijianxiangduiyuzongzhouqishijiandebaifenbi。

差分脈寬調製。 在這種類型的 PWM zhong，zhankongbiyoulianggeboxingkongzhi。yizhongshijuyoubianhuafuduhexiangweidetiaozhixinhao
，lingyizhongshizhankongbikongzhiboxing。shiyongzhankongbishengchengdeboxingjiyutiaozhixinhao，bingshiyongmonichengfaqijinxingzuhe。zhezhongleixingde PWM 用於電機控製應用中以實現控製。

占空比計算

占空比是脈衝寬度與周期的比率
，對於控製步進電機信號至關重要。

圖 2.脈衝寬度調製、幅度
、脈衝寬度和周期對於計算脈衝占空比至關重要。圖片由 Bob Odhiambo 提供

要計算占空比，請使用以下公式：

[占空比,周期=frac{Ton}{Ton+Toff} imes 100\%]

其中Ton表示設備打開或活動時的情況

，Toff表示設備關閉或不活動時的情況。

Ton 和 Toff 也可以被視為 PWM 信號的高點和低點。

例如：

考慮一個設備在 10 秒內打開 2 秒然後關閉 8 秒。占空比可由下式確定

[任務,周期=frac{2}{(2+8)} imes100\%=20\%]

該設備的占空比為 20%

，使其有 80% 的總時間處於非活動狀態。

正弦控製的工作原理

正弦方法是控製輸送到步進電機的電壓的另一種方法。它很自然地做到這一點
，就像交流電源中的正弦波形一樣。這種方法比 PWM 更平滑、更。

在zai正zheng弦xian控kong製zhi係xi統tong中zhong，波bo形xing發fa生sheng器qi生sheng成cheng具ju有you固gu定ding幅fu度du和he頻pin率lv的de正zheng弦xian波bo。對dui於yu使shi用yong該gai波bo的de步bu進jin電dian機ji控kong製zhi
，電dian機ji位wei置zhi的de測ce量liang值zhi被bei饋kui送song到dao控kong製zhi電dian路lu中zhong以yi與yu正zheng弦xian波bo進jin行xing比bi較jiao。

獲取電機測量值並將其與正弦波參考進行比較後，通過修改 PWM 信號中脈衝的寬度和時序來調整輸送到電機的功率。該信號由驅動電路放大並發送至電機以驅動電機。

正弦控製在控製步進電機方麵更加高效和
，並且振動和噪音。這種類型的控製可用於步進電機、功率轉換器和逆變器。

比較 PWM 和正弦控製

下麵是正弦控製和 PWM 控製的比較。

效率： 正zheng弦xian控kong製zhi可ke以yi更geng有you效xiao地di提ti供gong電dian力li，尤you其qi是shi在zai高gao速su運yun行xing時shi，因yin為wei它ta可ke以yi連lian續xu提ti供gong電dian力li。這zhe種zhong類lei型xing的de電dian力li傳chuan輸shu減jian少shao了le係xi統tong中zhong的de熱re量liang產chan生sheng和he電dian噪zao聲sheng。

控製方法：正弦控製在調整功率輸出時匹配正弦波的形狀，而 PWM 的工作原理是快速打開和關閉功率。

複雜性： PWM 控製通常比正弦控製更容易實現

，正弦控製需要複雜的控製算法和額外的電路。正弦控製很難實施、設計和故障排除。

準確性：正弦控製比 PWM 更準確，因為它可以實時調整穩定且更一致的功率傳輸，以匹配正弦波參考。

應用： PWM用於步進電機控製、電源轉換器和逆變器等應用，而正弦控製用於高精度和高能效應用，例如控製高性能係統的步進電機。

正弦波還是脈寬調製
？

正弦控製和 PWM 控製都有各自的優點和缺點。控製方法的選擇取決於應用和要求。正弦控製可提供更平穩、更且高效的電力傳輸，而 PWM 則可靠且易於實施。

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