步進(jìn)電動機(jī)細(xì)分驅(qū)動器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
摘要：論述了以電流矢量恒幅均勻旋轉(zhuǎn)原理為基礎(chǔ)的步進(jìn)電動機(jī)細(xì)分驅(qū)動技術(shù)。設(shè)計(jì)利用單片機(jī)的St：VV2~Ⅱ控制的電流矢量恒幅均勻旋轉(zhuǎn)的細(xì)分驅(qū)動模式，并通過軟件實(shí)現(xiàn)多種細(xì)分驅(qū)動控制，在此基礎(chǔ)上為修正誤差引入電流反饋環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了對混合式步進(jìn)電動機(jī)的精確運(yùn)行控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠滿足用戶的定位精度要求，有效地抑制了運(yùn)行噪聲和機(jī)械振動。
關(guān)鍵詞：單片機(jī)，步進(jìn)電動機(jī)，細(xì)分驅(qū)動，設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)
0引言
本文在調(diào)研各種驅(qū)動技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了基于電流矢量恒幅均勻旋轉(zhuǎn)和電流追蹤型脈寬調(diào)制技術(shù)的多細(xì)分三相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器。為了滿足不同用戶和不同電機(jī)的要求，本設(shè)計(jì)具有
多種細(xì)分方式和步距角，可以輸出不同相電流。實(shí)驗(yàn)表明，驅(qū)動器細(xì)分運(yùn)行時(shí)減弱了電機(jī)的低速振動，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，大大減小了噪聲。
1細(xì)分技術(shù)
步進(jìn)電機(jī)的步距o�！�(z，為齒數(shù)，Ⅳ為拍
z√v數(shù))。由于受制造工藝的限制，齒數(shù)不能做得很多，因此步距角就不可能很小。細(xì)分驅(qū)動電路在70年代中期由美國學(xué)者首次提出。它是建立在步進(jìn)電機(jī)的各相繞組理想對稱和步距角特性嚴(yán)格正弦的基礎(chǔ)上。它通過控制電動機(jī)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(xì)分驅(qū)動能極大地改善步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)性。近幾年來由于微處理機(jī)技術(shù)的發(fā)展，細(xì)分技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。
通常步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動有等電流細(xì)分驅(qū)動法和電流矢量恒幅均勻旋轉(zhuǎn)法。等電流細(xì)分驅(qū)動法在每次繞組電流進(jìn)行切換時(shí)，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(jī)的合成磁場只旋轉(zhuǎn)原電角度的一部分，實(shí)現(xiàn)細(xì)分驅(qū)動。但是等電流法不能實(shí)現(xiàn)均勻細(xì)分步距角，而步距角不均勻又容易引起步進(jìn)電機(jī)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(xì)分后的步距角均勻一致，且輸出力矩恒定，本設(shè)計(jì)采用電流矢量恒幅均勻旋轉(zhuǎn)的細(xì)
分驅(qū)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(zhuǎn)運(yùn)動，且幅值保持不變。這樣每當(dāng)輻角的矢量m值發(fā)生變化時(shí)，合成矢量轉(zhuǎn)過一個(gè)相應(yīng)的角度，且幅值大小保持不變，從而實(shí)現(xiàn)了恒力矩、步距角均勻的細(xì)分驅(qū)動。
以三相混合式步進(jìn)電機(jī)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(zhuǎn)運(yùn)動。
生變化時(shí)，合成矢量轉(zhuǎn)過一個(gè)相應(yīng)的角度，幅值大小保持不變，從理論上電流與力矩成正比關(guān)系，因而也就實(shí)現(xiàn)了恒力矩、步距角均勻細(xì)分驅(qū)動。公式(1)～(3)即為步進(jìn)電機(jī)細(xì)分控制的數(shù)學(xué)模型，因此細(xì)分只要按公式(1)～(3)給各相繞組通以電流即可達(dá)到步矩角細(xì)分的目的。若把步進(jìn)電機(jī)每個(gè)繞組的正弦電流分成Ⅳ個(gè)階梯，就實(shí)現(xiàn)了Ⅳ細(xì)分。
在正弦電流細(xì)分具體實(shí)施時(shí)，對一個(gè)周期的正弦波256等分，也就是取256個(gè)采樣點(diǎn)，算出各采樣點(diǎn)的正弦值，再將采樣值轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)據(jù)，將此數(shù)據(jù)存儲到單片機(jī)，在存儲器中建立一個(gè)256細(xì)分表格。這是細(xì)分的最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)，其他的細(xì)分級數(shù)如4、16、32、64、128細(xì)分的數(shù)據(jù)可以按這個(gè)表格間隔的規(guī)律取得數(shù)據(jù)。
2細(xì)分驅(qū)動的s剛M控制
根據(jù)對細(xì)分電流原理的分析，驅(qū)動器控制對
提高步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行性能至關(guān)重要。驅(qū)動器的控制環(huán)節(jié)采用電流跟蹤型刪方式，由細(xì)分信號發(fā)生環(huán)節(jié)、細(xì)分控制環(huán)節(jié)和剛M脈寬調(diào)制環(huán)節(jié)等組成。將給定信號與電機(jī)電流實(shí)測信號相比較，
若實(shí)際電流值大于給定值，則通過逆變器開關(guān)器件的動作使之減小，反之，則增加。實(shí)際輸出電流 |
