帶電流負(fù)反饋的混合式步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)研究
王帥夫，劉景林
（西北工業(yè)大學(xué)西安710072)
摘要：介紹了一種應(yīng)用于混合式步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)以二相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)運(yùn)行特性為出發(fā)點(diǎn)，主要由控制電路、邏輯合成電路、pwm波調(diào)制電路、功率驅(qū)動(dòng)電路、過流保護(hù)電路和電流負(fù)反饋電路六部分組成。本系統(tǒng)以單片機(jī)at89 c51為控制核心，實(shí)現(xiàn)正／反轉(zhuǎn)運(yùn)行、過流保護(hù)和電流負(fù)反饋功能。針對(duì)步進(jìn)電機(jī)隨著頻率升高帶載能力下降的特點(diǎn)，系統(tǒng)通過采用過流保護(hù)和電流截止負(fù)反饋等措施后，使系統(tǒng)的帶載能力有所提高。
關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī)；單片機(jī)；電流截止負(fù)反饋
中圖分類號(hào)：tm383. 5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號(hào)：1001-6848(2010)07-0061-03
o引 言
本系統(tǒng)采用單片機(jī)、pwm專用芯片和可編程邏輯芯片，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，有過流保護(hù)電路和電流負(fù)反饋電路保證運(yùn)行的安全，提高了系統(tǒng)的矩頻特性。
以往的恒流驅(qū)動(dòng)方式的供電電壓比電機(jī)額定電壓高得多，使繞組電流上升和衰減速度很快，通過斬波方式使電機(jī)繞組電流在低速到高速運(yùn)行范圍內(nèi)保持恒電流，從而保持電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩恒定。
但是存在一些缺點(diǎn)：線路較復(fù)雜、低速運(yùn)行時(shí)繞組電流沖擊大，使低頻產(chǎn)生振蕩，運(yùn)行不平穩(wěn)，噪聲大、定位精度沒有提高等。
l 系統(tǒng)組成
本文中系統(tǒng)的特征：由于使用了電流反饋，繞組電流可以恒定，且不隨電機(jī)的轉(zhuǎn)速而變化，從而保證在很大的頻率范圍內(nèi)電機(jī)都能輸出恒定的轉(zhuǎn)矩，本泵統(tǒng)是針對(duì)兩相混合式步進(jìn)電機(jī)所設(shè)計(jì)，可在寬電壓范圍內(nèi)對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和控制。
系統(tǒng)由六個(gè)部分組成：控制電路、邏輯合成電路、pwm波調(diào)制電路、功率驅(qū)動(dòng)電路、過流保護(hù)電路和電流負(fù)反饋電路。系統(tǒng)框圖如圖1所示。系統(tǒng)接受外部信號(hào)之后單片機(jī)輸出四路控制信號(hào)，這四路信號(hào)和sg3525輸出的兩路pwm波，經(jīng)過gai20v8組合，來控制各功率管的開通與關(guān)斷。
1.1控制電路
控制電路主要由單片機(jī)at89c2051構(gòu)成。控制電路接受外部正／反轉(zhuǎn)、脈沖信號(hào)、4/8拍切換和過流保護(hù)信號(hào)經(jīng)過光電隔離后分別輸入至單片機(jī)的p3．o、p3. 3、p3.1、p3.2口，經(jīng)過處理輸出a、／a、b、/b 4路信號(hào)。其中a和/a代表a相繞組正端和負(fù)端功率橋控制信號(hào)，b和代表b相繞組正端和負(fù)端功率橋控制信號(hào)。
1.2邏輯合成電路
邏輯合成電路主要由gal20v8b組成，它將pwm波調(diào)制電路輸出的兩路互補(bǔ)的pwm信號(hào)與控制電路產(chǎn)生的控制信號(hào)綜合處理，產(chǎn)生8路h橋控制信號(hào)。由邏輯合成電路產(chǎn)生的八路信號(hào)經(jīng)由反相器輸入至功率驅(qū)動(dòng)電路中由八個(gè)mosfet組成的兩個(gè)h橋。控制電路和邏輯合成電路的框圖如圖2所示。
1.3 pwm波調(diào)制電路
pwm波調(diào)制電路采用集成脈寬調(diào)制器( sc3525)實(shí)現(xiàn)斬波電流信號(hào)的生成t，工作時(shí)的斬波頻率和死區(qū)大小由接于5、6、7引腳上的ct、rt和rd共同決定，等式為：f= 1/ct（0.7rt+ 3rd）。通過調(diào)節(jié)2腳（同相輸入端）上的電位計(jì)pl來調(diào)節(jié)pwm波的占空比，從而輸出兩路互補(bǔ)的單極性pwm信號(hào)。其電路構(gòu)成如圖3所示。
1.4功率驅(qū)動(dòng)電路
功率驅(qū)動(dòng)電路由四片ir2110驅(qū)動(dòng)芯片，和由這四片ir2110驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)由8只高頻cmos功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管組成的兩個(gè)h功率橋構(gòu)成。由邏輯合成電路輸入的八路控制信號(hào)分別控制8只cmos管的開通和關(guān)斷，輸出的四路信號(hào)分別接到兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的兩套繞組的正負(fù)端，實(shí)現(xiàn)兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的四種模式：正轉(zhuǎn)整步運(yùn)行、正轉(zhuǎn)半步運(yùn)行、反轉(zhuǎn)整步運(yùn)行和反轉(zhuǎn)半步運(yùn)行。
1．5過流保護(hù)電路
過流保護(hù)電路主要由運(yùn)算放大器和電壓比較器構(gòu)成，如圖4所示。由采樣電阻得來繞組上的信號(hào)，經(jīng)放大然后跟標(biāo)準(zhǔn)電 |
