基于TI的TMS320F28X系列DSP的步进电机驱动器的开发
基于TI的TMS320F28X系列DSP的步进电机驱动器的开发[20191214193723]
摘 要
步进电机用在不同的场合有不同的控制方式。采用传统的开环控制方法的步进电机，有着低频时噪音大、振动大、定位精度低，很难达到较高频率等缺点。因此，改善步进电机的运行性能一直是工控研究中的重要论题。实践表明，细分控制可以有效的减小振动和噪声，使步进电机的运行更加平稳和高效，同时提高步进电机的定位精度。使用DSP芯片的数字式控制方法，拥有比模拟控制方式更高的性价比和效率。随着DSP芯片价格的降低，该方法已经成为电机控制的主流。
本设计以TMS320F28035为核心器件，设计了两相混合式步进电机的驱动器，其硬件电路中的电流采样部分，利用采样电阻把电流信号转换为电压信号，经运放放大输出给DSP的AD口；推动部分采用IR2104，推动H桥中开关管的开启和关断，从而决定相电流的大小和方向，以控制步进电机的运行。软件部分采用了细分算法，并在此基础上使用电流追踪技术实现了电机的控制。
论文采用了电流追踪PID算法实现闭环的调节，并对PID的理论分析和实现方法都做了详细的介绍。通过对电机低频运行时的噪声和振动的检测来评估电机的低频运行性能。通过施加高频控制信号，根据堵转和过冲程度，来评估高频时的性能。
论文最后还总结了步进电机驱动器的技术的发展状况和未来应用的前景。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:DSP；电流追踪技术；PID算法
目 录
摘 要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 课题背景和课题来源 1
1.2 步进电机控制系统简介 2
1.3 步进电机驱动器的发展状况和技术前景 3
1.3.1 步进电机系统相关技术的发展 3
1.3.2 步进电机不同驱动方式和技术前景 5
1.4 本课题的研究内容和论文结构 6
第2章 驱动器细分驱动理论分析 7
2.1 细分驱动概述 7
2.2 细分电流控制原理 7
2.3 细分控制特点总结 10
第3章 步进电机驱动器硬件电路设计 11
3.1 硬件电路整体组成 11
3.2 DSP芯片外围设计 12
3.3 功率推动电路设计 14
3.4 电流检测电路设计 16
3.5 电源信号产生电路设计 16
第4章 驱动器软件算法设计 18
4.1 软件开发环境 18
4.2 DSP的编程结构 18
4.3 细分算法设计 19
4.4 电流追踪算法设计 19
4.5 PID算法设计 22
4.5.1 模拟PI调节 22
4.5.2 离散PI调节 23
4.5.3改进的PI调节器 24
4.6 系统整体流程设计和各部分分析 25
4.6.1 程序架构图 25
4.6.2 PWM模块配置分析 25
4.6.3 ADC模块配置分析 26
4.6.4 ECAP模块配置分析 26
4.6.5 TIM模块配置分析 26
第5章 系统性能测试 27
5.1 测试环境和测试方法 27
5.2 测试结果分析 27
5.2.1 采样电压测试 27
5.2.2 上位机测试 28
5.2.3 高低频转动测试 29
5.2.4 系统整体测试 29
第6章 结束语 30
6.1 总结 30
6.2 展望 30
参考文献 31
致谢 32
附录 33
第1章 绪论
1.1 课题背景和课题来源
步进电机是一种将脉冲信号转换成角度或距离信号的控制器件，同其他各种各样的电机相比，具有如下的特点[1]:
可以简单的开环控制，构成简单廉价但可靠的控制系统。同时，在加上编码器后又可以构成有角度和速度反馈的复杂的控制系统。
如果不丢步不过冲，步进电机的角度位移或转动距离与输入信号数严格成正比，因此不存在累积误差，跟随性好。
步进电机的响应速度快、起停方便、正反转由方向信号控制及变速方便。
因为步进电机有静止转矩，所以静止时有自锁能力。
如果控制的好，运行速度可在较宽范围内平滑的调节。
不用加电刷，本身器件少，成本低，节省资源。
使用一台控制器将输出信号分别给多台驱动器驱动多台电机。
正是上面这些特点，在运动控制领域和工控领域，步进电机有着其他电机无法比拟的优势，得到了长足的发展。
步进电机种类繁多，各自又有不同的结构。经过几十年的发展，混合式和磁阻式步进电机占据了步进电机市场的绝大多数。混合式结合了反应式步进电动机基于气隙磁导变化的特点和轴向恒定磁场的永磁式步进电动机的特点，性能上得到了提高。又具有分辨率高，控制功率小的优点，是目前步进电机领域应用最为广泛的步进电机，占据了市场上的绝对份额。
但是普通步进电机通常只能以整步或半步的方式运行。这种控制方式使得步进电机在低频的时候振动和噪音较大。而且通常步进电机的运行精度为0.9°/步或1.8°/步，这时通常几百步就转了一圈，显然每步转动的角度较大，很难达到工业上精密仪器的精度要求，因此就要对传统的步进电机的控制方式进行改进，提高精度，改善低频运行性能。因此，高性能的驱动器对于步进电机来说不可或缺。驱动器的种类也很多，传统的驱动器有用达林顿管，有用LN298等驱动方式。但是这些方式很难达到特别好的控制效果，近些年来，细分驱动得到长足的发展，通过细分驱动来提高步进电机的运行性能成为研制驱动器的潮流。
1.2 步进电机控制系统简介
步进电机可以简单的通过达林顿管来控制，但是一般这种方法的控制效果并不能达到要求，同时功率也相对较小。常见的控制方式通过控制器来给驱动器驱动信号，然后驱动器再将驱动信号转化为电机的磁场控制信号，从而驱动电机的转动。其系统框图如图1.1所示。
图1.1步进电机控制系统组成
步进电动机控制器的作用是发出控制脉冲控制步进电机的运行距离和速度，驱动器对控制脉冲进行响应，一个控制脉冲电机转过一个步距角。
步进电动机驱动器的作用是将控制器发出的控制脉冲信号转化成驱动电机的速度和步数信息。
本设计只是实现驱动器部分，控制器部分通过信号发生器来产生脉冲信号来代替控制器的功能。通过信号发生器频率的调节来改变脉冲信号的速度，从而调节电机转动的速度和角度。
1.3 步进电机驱动器的发展状况和技术前景
步进电机驱动器相关技术的发展，同时受到诸如微控制芯片技术，电力电子功率器件技术，以及电机制造相关技术发展的影响。电机制造相关技术又主要受到永磁材料技术的影响。
1．3．1步进电机系统相关技术的发展
(1)永磁材料[2]
步进电动机作为控制系统的执行部件，转矩指标是最重要的指标之一。而永磁材料的特性是影响混合式步进电动机的转矩指标的重要因素。混合式步进电动机转子上有轴向充磁的永磁体，早期都采用铝镍钴V(AlNiCo．5)磁钢，80年代中期以后，改用衫钴(SmCo)磁钢，电动机的性能指标达到明显改善，而改用钕铁硼(NdFeB)磁钢，转矩指标又上升约11％。
(2)电力电子器件
电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器（如晶闸管，GTO，IGBT等）对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百MW甚至GW，也可以小到数W甚至1W以下，和以信息处理为主的信息电子技术不同电力电子技术主要用于电力变换。
步进电机驱动器最初使用的末端功放元件是可控硅，属于第一代电力电子器件。可控硅虽然触发简单，但关断困难，必须配以辅助换流措施才能实现可靠的换流，控制线路复杂、效率低、可靠性差、不利于调试和维护、抗干扰能力不好，而且开关频率较低，使得变频电源中含有大量的谐波成分，转矩阵动大、噪声大及发热较为严重。
近些年来随着大功率晶体管的发展，一般不再采用晶闸管。
第二代电力电子器件是全控型器件，包括门极可关断晶闸管(GTo)，双极型功率晶体管(BJT)，功率场效应晶体管(MOSFET)，静电感应晶体管(S11r)、静电感
应晶闸管(SITH)，但这些器件各有其优缺点。GTO有着高电压、大电流的特点，适用于大容量逆变器，但其电流增益太低，所需的驱动功率也较大。BJT己模块化，在中小容量装置中得到推广，但其驱动功率较大，开关速度慢，影响了逆变器的工作频率和输出波形。MOSFET开关速度快，驱动功率小，电压型控制。但器件功率等级低，导通压降大，限制了逆变器的容量[3]。
在混合式步进电机驱动器中，目前较普遍采用的功率开关管是功率场效应管(MOSFET)。
最新的第三代电力动功率小，其代表器件为绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。IGBT是一种复合型功率器件，它结合了MOSFET和BJT的优点，具有开关频率高，门极驱动，不存在二次击穿问题，无需吸收电路，又具有BJT大电流密度，低导通压降的特性。由于绝缘栅极晶体管(IGBT)功率等级较MOSFET高且性能优越，也已应用于高速型及较大功率的步进电机驱动电路中。而把IGBT驱动电路及保护电路都集成在一起的智能IGBT模块，具有结构简单、性能稳定及运行可靠等优点，目前己开始应用于中、小功率的步进电机的驱动。
功率集成电路(PIC)将功率器件、前级驱动电路、控制电路及保护电路等都集成在一起，具有较强的功能和较大的输出功率。用这种器件做成步进电动机驱动器，具有结构简单、性能稳定及运行可靠等优点。目前已应用于中、小功率步进电动机的驱动。但是这种控制方式不能像芯片控制的驱动器那样灵活而且不能使用在大功率的驱动器中，所以使用前景有限。
(3)微处理器技术
步进电机驱动器实际上是一种电力电子器件，它的工作对时间要求很高。微控制器和微处理器的快速发展，也推动步进电机驱动器发展到了一个新的高度。常见的驱动器实现方式有：
(1)单片机实现步进电机控制系统
基于单片机的步进驱动器是目前使用较多的一种控制系统。步进电机驱动器是一种离散型的执行元件，所以它特别适合采用微控制器来实现系统控制。同某些专用的集成芯片相比，单片机灵活性高，更易实现复杂的算法控制。由于微处理器技术的快速发展以及芯片的性价比的提高，单片机实现步进电机驱动器已经占了当前驱动器的半壁江山。
(2)基于DSP的步进电机控制系统
但是单片机处理速度较慢，难以在短时间内实现先进复杂的控制算法，同时内部集成的数字控制思想的模块较少，通常需要外部增加许多专用元器件才能满足步进电机控制的要求，因此有逐渐被取代的趋势。
进入21世纪后，很多芯片制造厂商都相继推出了先进的适合电机控制的专用DSP芯片，例如德州仪器公司的TMS320LF240X系列、TMS320F28x系列，飞思卡尔公司的DSP56F80X系列，ADI公司的ADSP21xx系列和Blackfin系列等等。这些芯片都以数字信号处理器为核心，使用高效的指令集，同时在片内集成了包括改进的A／D、PWM等在内的电机控制模块，简化了系统硬件电路，同时也提高了预算速度，可靠性和性价比，逐渐成为运动控制领域的主流控制芯片。DSP凭借极高的计算速度、合适的性价比、简单的开发环境逐渐走入步进电机和运动控制领域，使用DSP实现步进电机驱动控制已经成为一个极具潜力的发展方向。
1．3．2步进电动机不同驱动方式和技术前景
1.恒流斩波控制技术是模拟驱动器的重要技术。这种驱动方式采用脉冲调制(PWM)的方式，使步进电机的相绕组电流在低频和高频段都保持大小不变。由于电机的转矩只与电机相绕组电流相关系，所以控制好电流就能够保证电机牵出转矩的平均值大小不变。此外，这种控制方式还能使电机的高频响应得到提高，低频时的共振现象减弱。
2.SPWM控制技术。通过芯片的增减计数器来模拟三角波形，然后再与正弦波正交来产生开关管的控制信号，也就是正弦性质的PWM(SPWM)。这样会在相绕组上产生正弦性质的电压，进而产生类正弦的电流，使电机的运行效果得到改善，低频时的振动减小，同时噪声也减小，效率提高，达到良好的控制效果。
3.电流追踪技术。影响步进电机的运行效果的主要是相线圈中电流的大小和方向，如果能控制好电流按正弦性质变化的话，步进电机就可以平稳的运行，相较于SPWM，电流追踪技术更先进了，因为它是从相绕组电流控制的观点上来控制电机的。
4.矢量控制技术。矢量控制技术是多种电机高性能控制的理论基础，借鉴了永磁同步电机的磁场导向控制算法，把它用到步进电机的控制上，实现对步进电机转矩的高效控制。该方式依靠现在高速发展的单片机嵌入式系统或DSP处理器，采用较为复杂的数学算法对步进电机的相绕组电流进行矢量解耦，合理调节电机的相电流从而控制转矩磁场达到控制电机输出转矩的目的，最终实现对步进电机的速度、位置的高效控制。矢量控制技术是现今步进电机控制方案中最先进的，同交流电动机和永磁同步电机的矢量控制方案相近，符合电动机控制技术的发展潮流。由于混合式步进电机的内部磁场结构复杂，非线性比一般电动机严重，所以它的矢量控制也较为复杂。所以通过矢量控制步进电机驱动器的方案相对来说技术难度较大。
摘 要
步进电机用在不同的场合有不同的控制方式。采用传统的开环控制方法的步进电机，有着低频时噪音大、振动大、定位精度低，很难达到较高频率等缺点。因此，改善步进电机的运行性能一直是工控研究中的重要论题。实践表明，细分控制可以有效的减小振动和噪声，使步进电机的运行更加平稳和高效，同时提高步进电机的定位精度。使用DSP芯片的数字式控制方法，拥有比模拟控制方式更高的性价比和效率。随着DSP芯片价格的降低，该方法已经成为电机控制的主流。
本设计以TMS320F28035为核心器件，设计了两相混合式步进电机的驱动器，其硬件电路中的电流采样部分，利用采样电阻把电流信号转换为电压信号，经运放放大输出给DSP的AD口；推动部分采用IR2104，推动H桥中开关管的开启和关断，从而决定相电流的大小和方向，以控制步进电机的运行。软件部分采用了细分算法，并在此基础上使用电流追踪技术实现了电机的控制。
论文采用了电流追踪PID算法实现闭环的调节，并对PID的理论分析和实现方法都做了详细的介绍。通过对电机低频运行时的噪声和振动的检测来评估电机的低频运行性能。通过施加高频控制信号，根据堵转和过冲程度，来评估高频时的性能。
论文最后还总结了步进电机驱动器的技术的发展状况和未来应用的前景。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:DSP；电流追踪技术；PID算法
目 录
摘 要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 课题背景和课题来源 1
1.2 步进电机控制系统简介 2
1.3 步进电机驱动器的发展状况和技术前景 3
1.3.1 步进电机系统相关技术的发展 3
1.3.2 步进电机不同驱动方式和技术前景 5
1.4 本课题的研究内容和论文结构 6
第2章 驱动器细分驱动理论分析 7
2.1 细分驱动概述 7
2.2 细分电流控制原理 7
2.3 细分控制特点总结 10
第3章 步进电机驱动器硬件电路设计 11
3.1 硬件电路整体组成 11
3.2 DSP芯片外围设计 12
3.3 功率推动电路设计 14
3.4 电流检测电路设计 16
3.5 电源信号产生电路设计 16
第4章 驱动器软件算法设计 18
4.1 软件开发环境 18
4.2 DSP的编程结构 18
4.3 细分算法设计 19
4.4 电流追踪算法设计 19
4.5 PID算法设计 22
4.5.1 模拟PI调节 22
4.5.2 离散PI调节 23
4.5.3改进的PI调节器 24
4.6 系统整体流程设计和各部分分析 25
4.6.1 程序架构图 25
4.6.2 PWM模块配置分析 25
4.6.3 ADC模块配置分析 26
4.6.4 ECAP模块配置分析 26
4.6.5 TIM模块配置分析 26
第5章 系统性能测试 27
5.1 测试环境和测试方法 27
5.2 测试结果分析 27
5.2.1 采样电压测试 27
5.2.2 上位机测试 28
5.2.3 高低频转动测试 29
5.2.4 系统整体测试 29
第6章 结束语 30
6.1 总结 30
6.2 展望 30
参考文献 31
致谢 32
附录 33
第1章 绪论
1.1 课题背景和课题来源
步进电机是一种将脉冲信号转换成角度或距离信号的控制器件，同其他各种各样的电机相比，具有如下的特点[1]:
可以简单的开环控制，构成简单廉价但可靠的控制系统。同时，在加上编码器后又可以构成有角度和速度反馈的复杂的控制系统。
如果不丢步不过冲，步进电机的角度位移或转动距离与输入信号数严格成正比，因此不存在累积误差，跟随性好。
步进电机的响应速度快、起停方便、正反转由方向信号控制及变速方便。
因为步进电机有静止转矩，所以静止时有自锁能力。
如果控制的好，运行速度可在较宽范围内平滑的调节。
不用加电刷，本身器件少，成本低，节省资源。
使用一台控制器将输出信号分别给多台驱动器驱动多台电机。
正是上面这些特点，在运动控制领域和工控领域，步进电机有着其他电机无法比拟的优势，得到了长足的发展。
步进电机种类繁多，各自又有不同的结构。经过几十年的发展，混合式和磁阻式步进电机占据了步进电机市场的绝大多数。混合式结合了反应式步进电动机基于气隙磁导变化的特点和轴向恒定磁场的永磁式步进电动机的特点，性能上得到了提高。又具有分辨率高，控制功率小的优点，是目前步进电机领域应用最为广泛的步进电机，占据了市场上的绝对份额。
但是普通步进电机通常只能以整步或半步的方式运行。这种控制方式使得步进电机在低频的时候振动和噪音较大。而且通常步进电机的运行精度为0.9°/步或1.8°/步，这时通常几百步就转了一圈，显然每步转动的角度较大，很难达到工业上精密仪器的精度要求，因此就要对传统的步进电机的控制方式进行改进，提高精度，改善低频运行性能。因此，高性能的驱动器对于步进电机来说不可或缺。驱动器的种类也很多，传统的驱动器有用达林顿管，有用LN298等驱动方式。但是这些方式很难达到特别好的控制效果，近些年来，细分驱动得到长足的发展，通过细分驱动来提高步进电机的运行性能成为研制驱动器的潮流。
1.2 步进电机控制系统简介
步进电机可以简单的通过达林顿管来控制，但是一般这种方法的控制效果并不能达到要求，同时功率也相对较小。常见的控制方式通过控制器来给驱动器驱动信号，然后驱动器再将驱动信号转化为电机的磁场控制信号，从而驱动电机的转动。其系统框图如图1.1所示。
图1.1步进电机控制系统组成
步进电动机控制器的作用是发出控制脉冲控制步进电机的运行距离和速度，驱动器对控制脉冲进行响应，一个控制脉冲电机转过一个步距角。
步进电动机驱动器的作用是将控制器发出的控制脉冲信号转化成驱动电机的速度和步数信息。
本设计只是实现驱动器部分，控制器部分通过信号发生器来产生脉冲信号来代替控制器的功能。通过信号发生器频率的调节来改变脉冲信号的速度，从而调节电机转动的速度和角度。
1.3 步进电机驱动器的发展状况和技术前景
步进电机驱动器相关技术的发展，同时受到诸如微控制芯片技术，电力电子功率器件技术，以及电机制造相关技术发展的影响。电机制造相关技术又主要受到永磁材料技术的影响。
1．3．1步进电机系统相关技术的发展
(1)永磁材料[2]
步进电动机作为控制系统的执行部件，转矩指标是最重要的指标之一。而永磁材料的特性是影响混合式步进电动机的转矩指标的重要因素。混合式步进电动机转子上有轴向充磁的永磁体，早期都采用铝镍钴V(AlNiCo．5)磁钢，80年代中期以后，改用衫钴(SmCo)磁钢，电动机的性能指标达到明显改善，而改用钕铁硼(NdFeB)磁钢，转矩指标又上升约11％。
(2)电力电子器件
电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器（如晶闸管，GTO，IGBT等）对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百MW甚至GW，也可以小到数W甚至1W以下，和以信息处理为主的信息电子技术不同电力电子技术主要用于电力变换。
步进电机驱动器最初使用的末端功放元件是可控硅，属于第一代电力电子器件。可控硅虽然触发简单，但关断困难，必须配以辅助换流措施才能实现可靠的换流，控制线路复杂、效率低、可靠性差、不利于调试和维护、抗干扰能力不好，而且开关频率较低，使得变频电源中含有大量的谐波成分，转矩阵动大、噪声大及发热较为严重。
近些年来随着大功率晶体管的发展，一般不再采用晶闸管。
第二代电力电子器件是全控型器件，包括门极可关断晶闸管(GTo)，双极型功率晶体管(BJT)，功率场效应晶体管(MOSFET)，静电感应晶体管(S11r)、静电感
应晶闸管(SITH)，但这些器件各有其优缺点。GTO有着高电压、大电流的特点，适用于大容量逆变器，但其电流增益太低，所需的驱动功率也较大。BJT己模块化，在中小容量装置中得到推广，但其驱动功率较大，开关速度慢，影响了逆变器的工作频率和输出波形。MOSFET开关速度快，驱动功率小，电压型控制。但器件功率等级低，导通压降大，限制了逆变器的容量[3]。
在混合式步进电机驱动器中，目前较普遍采用的功率开关管是功率场效应管(MOSFET)。
最新的第三代电力动功率小，其代表器件为绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。IGBT是一种复合型功率器件，它结合了MOSFET和BJT的优点，具有开关频率高，门极驱动，不存在二次击穿问题，无需吸收电路，又具有BJT大电流密度，低导通压降的特性。由于绝缘栅极晶体管(IGBT)功率等级较MOSFET高且性能优越，也已应用于高速型及较大功率的步进电机驱动电路中。而把IGBT驱动电路及保护电路都集成在一起的智能IGBT模块，具有结构简单、性能稳定及运行可靠等优点，目前己开始应用于中、小功率的步进电机的驱动。
功率集成电路(PIC)将功率器件、前级驱动电路、控制电路及保护电路等都集成在一起，具有较强的功能和较大的输出功率。用这种器件做成步进电动机驱动器，具有结构简单、性能稳定及运行可靠等优点。目前已应用于中、小功率步进电动机的驱动。但是这种控制方式不能像芯片控制的驱动器那样灵活而且不能使用在大功率的驱动器中，所以使用前景有限。
(3)微处理器技术
步进电机驱动器实际上是一种电力电子器件，它的工作对时间要求很高。微控制器和微处理器的快速发展，也推动步进电机驱动器发展到了一个新的高度。常见的驱动器实现方式有：
(1)单片机实现步进电机控制系统
基于单片机的步进驱动器是目前使用较多的一种控制系统。步进电机驱动器是一种离散型的执行元件，所以它特别适合采用微控制器来实现系统控制。同某些专用的集成芯片相比，单片机灵活性高，更易实现复杂的算法控制。由于微处理器技术的快速发展以及芯片的性价比的提高，单片机实现步进电机驱动器已经占了当前驱动器的半壁江山。
(2)基于DSP的步进电机控制系统
但是单片机处理速度较慢，难以在短时间内实现先进复杂的控制算法，同时内部集成的数字控制思想的模块较少，通常需要外部增加许多专用元器件才能满足步进电机控制的要求，因此有逐渐被取代的趋势。
进入21世纪后，很多芯片制造厂商都相继推出了先进的适合电机控制的专用DSP芯片，例如德州仪器公司的TMS320LF240X系列、TMS320F28x系列，飞思卡尔公司的DSP56F80X系列，ADI公司的ADSP21xx系列和Blackfin系列等等。这些芯片都以数字信号处理器为核心，使用高效的指令集，同时在片内集成了包括改进的A／D、PWM等在内的电机控制模块，简化了系统硬件电路，同时也提高了预算速度，可靠性和性价比，逐渐成为运动控制领域的主流控制芯片。DSP凭借极高的计算速度、合适的性价比、简单的开发环境逐渐走入步进电机和运动控制领域，使用DSP实现步进电机驱动控制已经成为一个极具潜力的发展方向。
1．3．2步进电动机不同驱动方式和技术前景
1.恒流斩波控制技术是模拟驱动器的重要技术。这种驱动方式采用脉冲调制(PWM)的方式，使步进电机的相绕组电流在低频和高频段都保持大小不变。由于电机的转矩只与电机相绕组电流相关系，所以控制好电流就能够保证电机牵出转矩的平均值大小不变。此外，这种控制方式还能使电机的高频响应得到提高，低频时的共振现象减弱。
2.SPWM控制技术。通过芯片的增减计数器来模拟三角波形，然后再与正弦波正交来产生开关管的控制信号，也就是正弦性质的PWM(SPWM)。这样会在相绕组上产生正弦性质的电压，进而产生类正弦的电流，使电机的运行效果得到改善，低频时的振动减小，同时噪声也减小，效率提高，达到良好的控制效果。
3.电流追踪技术。影响步进电机的运行效果的主要是相线圈中电流的大小和方向，如果能控制好电流按正弦性质变化的话，步进电机就可以平稳的运行，相较于SPWM，电流追踪技术更先进了，因为它是从相绕组电流控制的观点上来控制电机的。
4.矢量控制技术。矢量控制技术是多种电机高性能控制的理论基础，借鉴了永磁同步电机的磁场导向控制算法，把它用到步进电机的控制上，实现对步进电机转矩的高效控制。该方式依靠现在高速发展的单片机嵌入式系统或DSP处理器，采用较为复杂的数学算法对步进电机的相绕组电流进行矢量解耦，合理调节电机的相电流从而控制转矩磁场达到控制电机输出转矩的目的，最终实现对步进电机的速度、位置的高效控制。矢量控制技术是现今步进电机控制方案中最先进的，同交流电动机和永磁同步电机的矢量控制方案相近，符合电动机控制技术的发展潮流。由于混合式步进电机的内部磁场结构复杂，非线性比一般电动机严重，所以它的矢量控制也较为复杂。所以通过矢量控制步进电机驱动器的方案相对来说技术难度较大。
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