步进电机已经被广泛地应用于工业与消费电子领域,具有成本低、控制简单的优点。但是步进电机不能直接接到交直流电源上工作,而必需使用专用的控制设备——步进电机驱动器。步进电机运行的性能,除与电机自身性能有关外,也在很大程度上取决于控制方式和控制算法的优劣,因此,对步进电机控制系统的研究几乎与对电机本体的研究同步进行。本文首先介绍了三相混合式步进电机的特点、控制系统的特点以及国内外的研究应用现状和趋势。之后在已有文献的基础上,根据矢量控制原理,推导出在d-q旋转坐标系下,步进电机静态的转矩特性与旋转时的运动方程,以及步进电机转子的位置控制与定子电流相位变化的对应关系,并以此形成正弦阶梯波微步驱动的理论算法。根据此理论算法,开发出了以单片机为核心的低成本、结构简单的步进电机驱动器。驱动器包含控制模块、功率驱动模块、保护电路和开关电源模块等四部分,实现了对上位机控制信号的采集与调理、参考电流波形的生成、三角波比较方式的电流闭环PWM驱动控制、故障诊断与保护、断电相位记忆等功能,并采用互相隔离的多路输出开关电源技术,保证各个模块稳定工作,最终实现了步进电机微步和高速运动控制。本课题搭建了驱动器的测试平台,在该平台上对样机进行了性能测试,对设计中存在的问题进行了改进和完善,如单片机程序优化、高速运动控制、反馈电流采样速率和精度、大功率驱动电路的设计、参数匹配和系统软硬件可靠性等问题。经过实际测试可知,以单片机为核心的步进电机驱动器,其输入控制信号的频率最高可达300KHz,电机运行平稳可靠,实验结果表明控制算法合理,方案可行,能够满足数控车床等实际应用的技术要求,为今后的产品化开发奠定了很好的技术基础。