基于FPGA的步进电机控制系统设计(2)
微电子技术的发展刺激并且丰富了步进电机的多样性，在控制系统中得到了非常大的应用。步进电机结合FPGA的技术满足了现代化社会对步进电机的要求，为了其在精确控制转速方面取得进步奠定了基础[1]。
1.2我国与国外研究的现状
1.3发展的趋势
2 步进电机的简介
2.1 步进电机工作原理
除了直流和交流的电机之外的第三大类电动机步进电机应用电磁学原理，将电能转化成机械能进而驱动电机运转，步进电机的起源我们要追溯到1920年前后。在测量、光学、医疗、机械加工、包装和电加工等有关领域，只要涉及改变物品位置改变的，都离不开步进电机的帮助[7]。
包裹在齿槽上的金属线圈的结构我们称作定子，它的作用主要是构成步进电机内部的驱动结构。通常在步进电机内部结构中，我们定义包裹在齿槽外面的金属线圈为绕组线圈或者相。与定子结构相类似，转子结构所不同的是外部线圈包裹的是围绕电动机内部中心定子灵活转动的永久性磁铁。定子和转子的材料都是磁性的，其结构类似于齿轮状，主要包含软磁材料和硅钢片等材料。步进电机的定子和转子表面都是均匀凹凸的齿状，它们齿的数量是一样。彼此相对应的两个电场和磁场相互作用，形成电机内部的起控制作用的绕组。两个相邻的小齿之间形成的夹角，我们称其为齿距角[8]。
每当步进电机接收到脉冲信号的激励，接收到的电流流经电磁绕组，此时，矢量磁场将定子绕组包围，磁场之间相互作用产生的力使得可灵活转动的转子旋转相应角度。没有一个脉冲信号流经步进电机，步进电机就会旋转相应角度。从某种意义上来说，输入脉冲的数量决定了决定了步进电机的总的角偏移量，输入脉冲的频率高低决定了步进电机转速的快慢，通过改变通电顺序来改变绕组磁场，进而改变电动机的正反转。
步进电机在工作时，其转速、启动与停止以及偏移量受脉冲频率、数量以及通电顺序影响。负载在规定范围内的改变是不会对步进电机的正常运转造成影响。步进电机的结构并不复杂并且成本较小，不存在累计误差，转速可控，能够很好地带动大的负载。步进电机在通电前需要对驱动器进行调试，这一环节十分重要。在调试好后，再给步进电机通电，电机通电后，其转子就开始以一定的角度一步步进行转动。驱动器性能好坏在很大程度上决定了步进电机整体性能的优劣。电流经过负载时会使负载温度上升，如果放任温度上升而不做任何处理，电阻温度过高会导致电机零件烧坏，最终影响顶级的正常运行。因此在电机正常运作时我们要密切关注电机温度，使其温度控制在正常范围内，不可使电机温度超过所能承载的最大值[9]。
由于数字脉冲信号中角的度数与直线间的距离都可以通过步进电机进行转化，所以把它用来组成数控系统是一个很好的发展方向。同时，它也存在其它的特点，例如：
(1) 其组成结构不复杂，成本较小。
(2) 不存在累计误差。
(3) 所转动的步距角的度数可以进行调节。
(4) 转速可控，且调控范围广。
当代社会，随着计算机等电子信息技术的迅猛提升，步进电机的应用领域也随之扩大，其存在的类型有很多，主要被划分为以下三种类型。
(1) 反应式 (Variable Reluctance，VR)：由于其中的转子进行转动的过程中促使脉冲磁场的生成，再加上定子与此磁场共同作用，使步进电机开始运行。上述磁转子上存在着许多小齿，每个小齿之间的距离均相等。步进电机的导电方向和频率数是一一对应的，也就是说转子旋转产生的磁场对导电方向有很大影响。