步進電動機細分驅動器設計與實現 摘要:論述了以電流矢量恒幅均勻旋轉原理為基礎的步進電動機細分驅動技術。設計利用單片機的St:VV2~Ⅱ控制的電流矢量恒幅均勻旋轉的細分驅動模式,并通過軟件實現多種細分驅動控制,在此基礎上為修正誤差引入電流反饋環節,實現了對混合式步進電動機的精確運行控制。實驗結果表明,系統能夠滿足用戶的定位精度要求,有效地抑制了運行噪聲和機械振動。 關鍵詞:單片機,步進電動機,細分驅動,設計,實驗 0引言 本文在調研各種驅動技術的基礎上,設計了基于電流矢量恒幅均勻旋轉和電流追蹤型脈寬調制技術的多細分三相混合式步進電機驅動器。為了滿足不同用戶和不同電機的要求,本設計具有 多種細分方式和步距角,可以輸出不同相電流。實驗表明,驅動器細分運行時減弱了電機的低速振動,運轉平穩,大大減小了噪聲。 1細分技術 步進電機的步距o。——掣(z,為齒數,Ⅳ為拍 z√v數)。由于受制造工藝的限制,齒數不能做得很多,因此步距角就不可能很小。細分驅動電路在70年代中期由美國學者首次提出。它是建立在步進電機的各相繞組理想對稱和步距角特性嚴格正弦的基礎上。它通過控制電動機各相繞組中電流的大小和比例,使步距角減小到原來的幾分之一至幾十分之一。細分驅動能極大地改善步進電機運行平穩性。近幾年來由于微處理機技術的發展,細分技術得到了廣泛應用。 通常步進電機細分驅動有等電流細分驅動法和電流矢量恒幅均勻旋轉法。等電流細分驅動法在每次繞組電流進行切換時,不是將繞組電流全部通入或切除,而是在一相繞組電流保持不變的情況下,另一相繞組電流均勻地增大或減小,這樣電機的合成磁場只旋轉原電角度的一部分,實現細分驅動。但是等電流法不能實現均勻細分步距角,而步距角不均勻又容易引起步進電機的振蕩和失步。另外,由于電流矢量的幅值不斷改變,輸出力矩的大小也無法保持恒定。 為了使細分后的步距角均勻一致,且輸出力矩恒定,本設計采用電流矢量恒幅均勻旋轉的細 分驅動方法。該方法在空間上將彼此相差2“加的m相繞組,分別通以相位上相差2“腸而幅值相同的正弦電流,則合成的電流矢量喊磁場矢量)便在空間作旋轉運動,且幅值保持不變。這樣每當輻角的矢量m值發生變化時,合成矢量轉過一個相應的角度,且幅值大小保持不變,從而實現了恒力矩、步距角均勻的細分驅動。 以三相混合式步進電機為例,三相繞組在空間位置上相差2兀/3。給三相繞組分別通相位相差2兀/3而幅值相同的正弦波電流,則合成的電流矢量在空間做幅值恒定的旋轉運動。 
生變化時,合成矢量轉過一個相應的角度,幅值大小保持不變,從理論上電流與力矩成正比關系,因而也就實現了恒力矩、步距角均勻細分驅動。公式(1)~(3)即為步進電機細分控制的數學模型,因此細分只要按公式(1)~(3)給各相繞組通以電流即可達到步矩角細分的目的。若把步進電機每個繞組的正弦電流分成Ⅳ個階梯,就實現了Ⅳ細分。 在正弦電流細分具體實施時,對一個周期的正弦波256等分,也就是取256個采樣點,算出各采樣點的正弦值,再將采樣值轉換成二進制數據,將此數據存儲到單片機,在存儲器中建立一個256細分表格。這是細分的最基礎的數據,其他的細分級數如4、16、32、64、128細分的數據可以按這個表格間隔的規律取得數據。
2細分驅動的s剛M控制 根據對細分電流原理的分析,驅動器控制對 提高步進電機的運行性能至關重要。驅動器的控制環節采用電流跟蹤型刪方式,由細分信號發生環節、細分控制環節和剛M脈寬調制環節等組成。將給定信號與電機電流實測信號相比較, 若實際電流值大于給定值,則通過逆變器開關器件的動作使之減小,反之,則增加。實際輸出電流 |