[原创]浅析高速球步进电机细分【一】...

闲来无事，看到网络上关于高速球方面的介绍都提到了“细分”这个概念，却很少较完整的介绍什么是步进电机的细分，这里浅析一下智能高速球摄像机的步进电机细分。自从1996年美国PELCO在中国市场提出高速球概念以来，至今已过十四载。
在这十几年里，高速球本身无论功能上的更新还是性能上的提高，都离不开最基本的运行模式，那就是平稳的转动。不论高速与低速，高速球必须要求平稳，因为它的旋转机构承载者重要的摄像机模组，也就是我们常说的一体机。
目前我所见到过的高速球动力部分，大多数都采用步进电机（Step-motor），也见过伺服电机驱动的，当然那是高端中的高端产品。传动方式则有很多种，譬如皮带传动、齿轮传动、蜗杆传动等等。
为什么高速球要选用步进电机？
很多人在接触高速球时肯定会问到这个问题，那就要从高速球的基本功能说起。高速球有一个基本功能就是预置位功能（又称预置点），也就是说我们将高速球旋转至某一个特定的角度后，可以将此位置的信息保存起来，随后的操作当中，无论高速球旋转至其他任何位置，只需一条控制命令，高速球能够立即旋转至先前我们保存的那个位置。（其实预置点不仅仅保存高速球的水平和垂直位置，还有许多其他信息，在今后我会专门啰嗦一下什么叫预置点，在这里我们只讨论关于水平和垂直位置的问题）。要实现这个功能，那么高速球必须在任意时刻了解当前镜头的位置，所以我们使用步进电机，步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，也就是假设步进电机驱动器接收到一个脉冲信号，它就能驱动步进电机按特定的方向旋转一个固定的角度（我们叫步距角），它的特点就是它的旋转是以固定的角度一步一步运行的，每旋转一步的角度是固定的，譬如说我们目前常用的混合式步进电机有1.8°和0.9°步距角等等（当然步进电机还有永磁式和反应式，他们的步进角各不同），假如我们使用的是1.8°步进角的步进电机，电机走200步就正好转一周，很方便得到当前旋转的角度，也能够去精确的定位。（那可能有些人会问，这个步进电机每一部旋转的角度就一定是准确的0.9°或者1.8°吗？当然这个精确度要根据步进电机的性能参数来决定，但是步进电机有一个基本的特点，那就是精度不累积。）
什么是步进电机细分，为什么高速球要做细分？
刚才说到，步进电机可以精确地走到某一个角度，这是直流电机所无法做到的，但是步进电机的每步旋转的角度又是固定的，那么假如说我希望步进电机旋转至两个步距角之间的角度怎么办呢？拿步距角为0.9°的步进电机来说，开始时，镜头指向0°，步进电机旋转一步镜头指向0.9°，那么假如我的一体机图像看到的是100米之外，电机旋转一步图像就位移了2π*100*0.9/360=1.5708米，可能用户想查看的图像就被跨过去了，所以我们需要采取一个办法，能够将步进电机旋转的角度分的更细，这样我们才能精确地让步进电机停留在任意角度（所谓的任意其实在微观上讲，也是有跨度的，只是我们将这个角度分的越细，定位也就越准确）。
如果我们把步进电机每一个0.9°步距角分为8份，我们通常称之为8细分，按照细分后的步数每走一步，步进电机旋转角度为0.9/8=0.1125°，旋转一圈360°需要走3200步。如果我们做到了256细分，那么步进电机每旋转一步，旋转角度为0.0035°，旋转一圈360°所走的步数为102400步，假如我们镜头看到的画面是100米以外的画面，步进电机每旋转一步，图像将移动的距离为2π*100*0.9/360/256=0.006136米，也就是说步进电机每进一步，图像移动的距离为6个毫米，我们就能够精确的将一体机镜头旋转至任意角度，并且通过预置点的功能保存起来。
说到这里，可能大家对步进电机，及步进电机的细分，以及为什么要在高速球上引入步进电机细分的概念和功能有了一个大概的了解，当然，这是停留在理论上的，具体实现过程中还有很多问题摆在我们面前，比如如何通过电路实现步进电机细分，步进电机细分后对步进电机力矩的影响，以及细分后对最高旋转速度的影响等等，这些问题留着下回继续唠吧，呵呵。
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