1 引言
步進電動機是一種將離散的電脈沖信號轉(zhuǎn)化為相應角位移或線位移的電磁機械裝置，它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比，是一種輸入與輸出脈沖對應的增量驅(qū)動元件。它具有轉(zhuǎn)矩大、慣性小、響應頻率高等優(yōu)點，已經(jīng)在工業(yè)上得到廣泛的應用。但其步矩角較大，一般為1.5~3°，往往滿足不了某些高精度定位、精密加工等方面的要求。
實現(xiàn)細分驅(qū)動是減小步矩角、提高步進分辨率、增加電動機運行平穩(wěn)的一種行之有效的方法。目前步進電動機細分驅(qū)動控制，多采用量化的梯形波、正弦波作為細分驅(qū)動的電流波形，但實際上這些電流波形一般在步進電動機上均不能得到滿意的細分精度。
在合理選擇電流波形的基礎(chǔ)上，提出用AT89C52單片機控制實現(xiàn)的步進電動機斬波恒流細分驅(qū)動方案，其運行功率小，可靠性高，通用性好，細分精度高，具有很強的實用性。
2 細分電流波形的選擇及量化
步進電動機的細分控制，從本質(zhì)上講是通過對的勵磁繞組中的電流控制，使步進電動機內(nèi)部的合成磁場為均勻的圓形旋轉(zhuǎn)磁場，從而實現(xiàn)步進電動機步矩角的細分。一般情況下，合成磁場矢量的幅值決定了步進電動機旋轉(zhuǎn)力矩的大小，相鄰兩個合成磁場矢量之間的夾角大小決定了步矩角的大小。因此，想要實現(xiàn)對步進電機的恒力矩均勻細分控制，必須合理控制步進電機繞組中的電流，使電動機內(nèi)部合成磁場的幅值恒定，而且每個進給脈沖所引起的合成磁場的角度變化也要均勻。我們知道在空間彼此相差2π/m的m 相繞組，分別通以相位上差2π/m而幅值相同的正弦電流，則合成的電流矢量便在空間做旋轉(zhuǎn)運動，且幅值保持不便。這一點對于反映式步進電動機來說比較困難，因為反應式步進電動機來說比較困難，因為反映式步進電動機的旋轉(zhuǎn)磁場只與繞組電流的****值有關(guān)，而與電流的正反流向無關(guān)。以比較經(jīng)濟合理的方式對步進電機實現(xiàn)步矩角的任意細分，繞組電流波形宣采用如圖1所示的形式
其中，α為電動機轉(zhuǎn)子偏離參考點的角度。 ib滯后于ia 2π/3, ic超前于ia 2π/3。此時，合成電流矢量在所有區(qū)間
，從而保證合成磁場幅值的恒定，實現(xiàn)電動機的恒轉(zhuǎn)矩，而步進電動機在這種情況下也最平穩(wěn)。將繞組電流根據(jù)細分倍數(shù)均勻量化后，所得細分步矩角也是均勻的。為了進一步得到更加均勻的細分步矩角，可以通過實驗測取一組在通入量化電流波形時，步進電動機細分步矩的數(shù)據(jù)，然后對其誤差進行插值補償，求得實際的補償電流曲線，這些工作大部分可以由計算機來完成。在取得矯正后的量化電流波形之后，以相應的數(shù)字量儲存于E?PROM 中的不同區(qū)域，量化的程度決定了細分驅(qū)動的分辨率。
3 細分驅(qū)動方案及硬件實現(xiàn)
斬波恒流細分驅(qū)動的方案的原理為：由單片機輸出 E?PROM 中儲存的細分電流控制信號，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號，再取樣信號進行比較，形成斬波控制信號，控制各功率管前級驅(qū)動電路的導通和關(guān)斷，實現(xiàn)繞組中電流的閉環(huán)控制，從而實現(xiàn)步矩的精確細分。系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。
3.1 控制電路
控制電路主要由AT89CT52單片機、驅(qū)動電路、D/A轉(zhuǎn)換、E?PROM及可編程鍵盤/顯示控制器Intel8279等組成，單片機是的核心。受控步進電動機的細分倍數(shù)、運行脈沖、正反轉(zhuǎn)、運行速度、單次運行線位移、啟/停等的控制即可由鍵盤輸入，也可通過與上位機的串行通信接口由上位機設(shè)置。狀態(tài)顯示提供當前通電電動機、機電流大小、電動機運行時間、正反轉(zhuǎn)、當前運行速度、線位移及相關(guān)計數(shù)等的顯示，并將工作狀態(tài)和數(shù)據(jù)傳送給上位機。
傳感器（霍爾傳感器）由于檢測計數(shù)器的當前值。單片機的主要功能是輸出E?PROM中儲存的細分電流控制信號進行D/A轉(zhuǎn)換。根據(jù)轉(zhuǎn)換精度的要求，D/A轉(zhuǎn)換器即可以選擇8位的，也可以選擇12位的。本驅(qū)動的控制器選用的是8位的D/A轉(zhuǎn)換器MAX516。MAX516把4個D/A轉(zhuǎn)換器與4個比較器組合在單個的CMOS IC（DIP20封裝）上4個D/A轉(zhuǎn)換器共享一個參考輸入電壓UREF均可采用下式表示
UDACi=UREFN/256
式中 N=0，1，…，255
N對應于8位的DAC輸入碼D0～D7（此處為細分電流控制信號）。通過、調(diào)節(jié)UREF的變化范圍，便可調(diào)節(jié)步進電動機繞組中電流的幅值。
3.2 功率驅(qū)動電路
工作中，步進電機組分電流控制信號的D/A轉(zhuǎn)換值Ui輸入到MAX516內(nèi)部各比較器COMPi的
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