原创 步进驱动器的细分与脉冲指令滤波器

    步进电机早期运行在整步和半步模式。这样驱动器的设计较简单，但是噪声振动大，精度较差。细分功能将绕组的电流变成正弦，形成更加均匀的旋转磁场，使电机运行更加平稳，噪声降低，并在一定程度上提高了电机的精度。

    目前的驱动器采用DSP控制，可以将细分设定得很大，如达到51200脉冲/转。步进的运行其实是将运行轨迹通过脉冲数字化，用脉冲来拟合运动轨迹。那么数字化的分辨率决定了运行轨迹的精度，如让电机运行1转，整步只能通过4个脉冲来完成，加减速无法很好规划。如果用51200个脉冲来完成，则可以设计好加减速，使电机运行平稳。

    但是细分设置为51200并不代表精度可以达到360/51200=0.007度。步进电机的精度即使通过细分，也通常达到步距角的5%，对于步距角为1.8度的两相步进电机，20细分基本是电机的最大精度了。再提高细分对精度提高不大，但是可以提高轨迹规划的精度。

    高细分需要控制器能够发送出足够高频率的脉冲，使用专用的运动控制卡可以达到几百KHz的脉冲频率输出，而许多PLC和低成本的运动控制器脉冲输出频率通常在几十KHZ。一些主控制为单片机等微控制器，发送的脉冲频率较低，只能使用低细分驱动器，速度曲线的加减速特性较差，一些场合让电机直接起跳，噪声和振动较大。

    目前有些数字式驱动器内置脉冲滤波功能，可以在低细分低频率的应用场合实现高细分的效果。滤波器可以将无加减速的曲线变成梯形加减速曲线，极大地平滑运动。而梯形加减速曲线经过滤波后变为更加平滑的S形加减速曲线。滤波效果如下：

无加速的速度曲线滤波效果

梯形加速曲线滤波效果

5605D2驱动器，内置脉冲滤波器，滤波的大小可以设置为1～512。滤波器在平滑曲线的同时，也引入了运动滞后。滤波值越大，滤波效果越好，但是存在的滞后也越大。

滞后时间 = 脉冲滤波值×50us。

    在8细分(1600脉冲/转)，输入脉冲频率为1600Hz时的效果如下图：

脉冲滤波=1 

 脉冲滤波=128 (6.4ms)

图中横坐标为采样点，每个采样点的周期 = 采样速度 × 50us。上图每个采样点周期 = 200us，一个电流周期为100×200us =20ms。50极对的两相步进电机一转需要50个正弦电流周期，电机一转的时间为1s。

下图为局部放大图形：

脉冲滤波=1  

脉冲滤波=128 (6.4ms)

    从上图可见，在加入6.4ms的脉冲滤波后，在低速时将离散、阶跃的脉冲响应变成了平滑连续的正弦波，可以大大降低电机运行的噪声与振动。