步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量，往往很難準(zhǔn)確的量化評(píng)估。通常，靠人的眼睛，耳朵，手來判斷相對(duì)位置，噪聲和振動(dòng)的情況。這些方法都很難精確測量每個(gè)細(xì)分段的位置精度。一個(gè)步距角1.8°步進(jìn)電機(jī)，每八分之一步對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度為0.225°，非常小。在電機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)，比較容易的測試方法是時(shí)域測量，定位誤差會(huì)轉(zhuǎn)化為速度的變化。速度隨時(shí)間的變化可以用示波器測量出來。為了實(shí)現(xiàn)這些測量，測試設(shè)備需要一個(gè)高分辨率的光學(xué)編碼器和與步進(jìn)電機(jī)支架組裝在一起的磁粉制動(dòng)器。

步進(jìn)電機(jī)選用的是一個(gè)用于小型工業(yè)設(shè)備或3D打印機(jī)的XY位移平臺(tái)的典型電機(jī)：1.8°步距角NEMA 23步進(jìn)電機(jī)，電感量為2.5mh，額定電流2.8A。

要進(jìn)行運(yùn)行質(zhì)量測量，還需要一個(gè)頻率電壓轉(zhuǎn)換器（Coco Research KAZ-723）去處理光電編碼器的輸出信號(hào)，轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)后就可以在示波器和頻譜分析儀上分析處理。這個(gè)電壓信號(hào)實(shí)時(shí)代表了不斷更新的電機(jī)轉(zhuǎn)速。

測試設(shè)備如下照片所示。

圖注：電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)和kaz-723 頻率電壓轉(zhuǎn)換器

為了檢測整個(gè)測試系統(tǒng)的運(yùn)行和了解所用電機(jī)和測試裝置的固有缺陷，在電機(jī)兩個(gè)線圈上加上相位差90度的正弦波電流。兩相電流和代表電機(jī)轉(zhuǎn)速的電壓信號(hào)，如圖6所示。

頻率電壓轉(zhuǎn)換器的輸出顯示電機(jī)瞬時(shí)速度的變化是周期性的，與驅(qū)動(dòng)電流波形同步。這個(gè)速度變化很可能是由于電機(jī)本身的磁場和機(jī)械構(gòu)造的缺陷引起的，也部分原因可能是編碼器，測試機(jī)架，或驅(qū)動(dòng)電流的諧波失真分量。

那么，圖6就是此測試設(shè)置下此電機(jī)最理想的運(yùn)行結(jié)果，雖然我們可以通過預(yù)調(diào)整驅(qū)動(dòng)波形來補(bǔ)償電機(jī)結(jié)構(gòu)引起的問題以進(jìn)一步提高運(yùn)行質(zhì)量。

圖6：模擬電流驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行測量

接著，在相同設(shè)置和試驗(yàn)條件下，用市面上通用的雙極步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)電機(jī)，采用傳統(tǒng)的峰值電流控制和使用外部檢測電阻器。該驅(qū)動(dòng)器電流增大時(shí)采用慢衰減模式，電流減小采用混合衰減模式。

混合衰減模式的閾值設(shè)置盡量優(yōu)化，使得慢衰模式工作時(shí)間盡可能長，同時(shí)當(dāng)電流幅值減小到零時(shí)能一直保證跟蹤所期望的理想波形。這樣可以盡可能的減小PWM電流紋波，也就是盡量減小速度的變化量。

如圖7所示，采用這種傳統(tǒng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)芯片，速度的變化是模擬正弦和余弦波電流驅(qū)動(dòng)的三倍。這意味著電機(jī)噪聲，振動(dòng)，以及定位誤差都增加了。

圖7：傳統(tǒng)控制調(diào)節(jié)方案下的電機(jī)運(yùn)行質(zhì)量

MPS公司的MP6500步進(jìn)驅(qū)動(dòng)集成芯片，采用內(nèi)部電流采樣和上述的自動(dòng)衰減電流調(diào)節(jié)方案，可以實(shí)現(xiàn)更好的電機(jī)運(yùn)行質(zhì)量。如圖8所示，速度變化雖不是和模擬正弦和余弦波電流驅(qū)動(dòng)的結(jié)果一樣小，但是比傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方案要改善許多，使得電機(jī)運(yùn)行更平穩(wěn)安靜，定位更精確。

圖8：MPS公司的MP6500驅(qū)動(dòng)的電機(jī)運(yùn)行質(zhì)量

高速運(yùn)行

相對(duì)于傳統(tǒng)方案，MP6500的改進(jìn)自適應(yīng)電流控制模式可以使電機(jī)運(yùn)行在更高的速度。

圖9為，同上測試系統(tǒng)下采用傳統(tǒng)電流控制模式，電機(jī)轉(zhuǎn)速不斷提高的測試結(jié)果（橫軸為時(shí)間，縱軸為轉(zhuǎn)速）。失速發(fā)生時(shí)，速度測量結(jié)果是在8V左右，相當(dāng)于在480RPM。

圖9：傳統(tǒng)控制模式的提速測試

使用相同的設(shè)置和繞組電流，如圖10所示，由于更好的自適應(yīng)電流調(diào)節(jié)控制方案，MP6500可以驅(qū)動(dòng)明顯更高的速度。失速發(fā)生時(shí)，速度測量結(jié)果是在10V左右，相當(dāng)于在600RPM。

圖10：MP6500的提速測試

相對(duì)于傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片，MP6500采用了先進(jìn)的自適應(yīng)電流控制方案，在保證總系統(tǒng)成本不變或更低的情況下，能明顯改善步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量。