文 献 综 述

一. 引言

微生物广泛涉及健康、食品、医药、工农业、环保等诸多领域。发酵是指利用微生物，在适宜的条件下，将原料经过特定的代谢途径转化为人类所需要的产物的过程。因此在微生物发酵多组分浓度在线分析的环境下，会涉及到多个步进电机，柱塞泵在运转时使取样针能够快速抽样和打样。

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移的常用执行机构，最突出特点是，步进电机的转速取决于脉冲信号的频率位移取决于脉冲信号的脉冲个数,转速和位移与负载无关^[1]。步进电机的控制则是由驱动器来实现的,步进电机与驱动器是一个不可分割的整体,系统中步进电机高性能的工作是通过驱动器驱动控制实现的，同时驱动器的优劣也体现在电机的运转性能上,因此步进电机控制系统的性能与驱动控制器有很密切的关系。进电机驱动控制器电路包括控制电路和驱动电路,控制电路采用单片机,驱动电路采用专用集成芯片外加保护电路,将控制电路和驱动电路集成在一起,对驱动控制器的性能有一定的提升^[2]。在很多工作状况下,一般需要多台步进电机在同一系统下同时工作,为了便于高效协调控制,同时实现驱动控制器在不同控制系统上的通用性,设计一款集控制芯片和驱动芯片于一体的驱动控制系统很有必要,同时增加了反馈信号的输入端口来满足用户的更高精度要求^[3]。

二.步进电机驱动的国内外研究现状以及发展趋势

步进电机驱动系统主要由步进电机本身和与之匹配的驱动器组成，由于步进电机的结构比较固定，从其结构上来提升步进电机的性能相对比较困难，所以抛开步进电机驱动器去谈论步进电机的性能是没有意义的，而且同一台步进电机使用不一样的驱动器，其性能也有很大的差别^[4]。因此提高步进电机驱动系统的性能关键是从驱动技术和系统实现方案两个方面入手，近年来，国内外主要针对步进电机驱动技术、步进电机驱动系统的实现方案和步进电机本身的发展趋势进行了大量研究^[5]。

步进电机控制系统实现方案主要有以下几种：

1.采用专用的步进电机驱动芯片，外拓脉冲发生器实现步进电机驱动系统。如日本东芝公司研发的步进电机驱动专用芯片THB6064H，该芯片最高支持64细分^[6][7][8]；德国TRINAMIC公司研发的步进电机驱动专用芯片TMC262，该芯片最高支持256细分^[9][10]；美国安森美公司研发的步进电机驱动芯片LV8726，该芯片最高支持128细分^[11]；我国国内研发的步进电机驱动专用芯片TC1005，该芯片最高支持256细分等^[12]。这种方式控制步进电机集成度较高，有利于系统稳定运行。

2.采用FPGA实现的步进电机驱动系统。即采用现场可编程逻辑口门阵列，这种方式价格较高，性价比不高，实现市场化较难^[13][14]。

3.采用DSP实现步进电机驱动系统。DSP以其强大的数字信号处理能力，可实现对步进电机的数字化控制，提高了步进电机的控制精度，使步进电机平稳运行，但成本也比较高^[15][16]。