高效的步進電機控制算法

在對基于步進電機的運動控制系統設計進行優化的過程中，工程師必須綜合考慮成本、性能、效率、未預料到的反饋難題（如機械共振）以及開發時間等因素。現代的電機控制系統面臨著在多種不利環境中工作的難題，而傳統解決方案的總效率通常受限于整個系統所遇到的最壞情況。自適應控制算法對于提取出經過優化的機電系統的最大效率而言是必不可少的。

系統映射
如果希望得到最高效率，就必須對整個機電系統的邊界條件進行映射。所有的系統變量都必須考慮到：溫度、機械降解、加速度、速度、電源電壓等等。系統架構也會對其產生影響。

在開環系統中，通常需要以最壞情況下的電流驅動和速度曲線來激勵電機，所以我們可以認為效率并不是這類系統的首要設計目標。這種類型的測試非常耗費時間，因為必須在電機可能使用的所有電源電壓、溫度和速度值下對系統進行驗證，以盡量減小出現共振的風險。每個步進電機系統都存在發生共振的可能，這通常是因為工作在（或接近于）電機的自然頻率而造成的。避開這些區域是至關重要的，因為共振可能會造成電機丟步或進入失速狀態。不過，對于開環系統而言，確定這些區域可能是非常困難的。

閉環控制通常采用以下兩種形式：基于傳感器的系統（光或是霍爾效應）和無傳感器的系統。無傳感器的系統也稱為“半閉環系統”，通常使用由電機線圈所產生的電壓來作為反饋。基于傳感器的控制系統使用得很廣泛，但是在映射實踐中必須考慮傳感器的其他變化。無傳感器的系統的一項主要優勢在于，它只需要讀取與電機的物理運動有關的信息。它的另一項重要的優勢是降低了閉環或半閉環系統的系統成本，同時，由于不需要外部傳感器，也降低了系統的復雜度。成功的設計需要理解反電動勢的特性。

SLA映射
反電動勢可以方便地提取出與機電系統的運動有關的詳細信息，并提供診斷數據。在電機的驅動電流脈沖之間，電機線圈運動經過電機磁場時，就會產生電壓。這一信息通常被稱為電機的速度和/或負荷角（SLA）。可以通過監視反電動勢的幅度來很好地近似步進電機的角速度。

圖1給出了使用AMIS-30522細分步進電機控制器驅動安裝在機械系統中的傳統步進電機時SLA引腳的映射。這一信息是在對NXT輸入（確定電機激勵速度的時鐘輸入）進行掃頻的過程中收集的。隨著它從左向右移動，激勵的頻率升高，可以清晰地看到不同的工作區域。測量整個系統的電機特性的能力是AMIS-305xx系列所具有的一種非常強大的特性——特別是它能夠處理傳統的設計難題，而在此之前，系統設計人員只分析電機的共振性能，而沒有認識到一旦整個機械裝置放在一起之后這些區域可能會發生變化。