一種指數(shù)升降頻正弦波細分的兩相混合式直線步進電動機驅(qū)動器研究
摘要：介紹了一種基于C8051F005單片機控制的兩相混合式直線步進電機(LRⅡ)驅(qū)動器。驅(qū)動器具有恒流斬波、指數(shù)升降頻和正弦波等幅均勻細分的功能。測試結(jié)果表明，驅(qū)動器具有良
好的動態(tài)和靜態(tài)特性，并且結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，可作為LtM本體研發(fā)的配套設(shè)備，通過修改軟件參數(shù)也可推廣應(yīng)用于其它LtM的驅(qū)動控制，具有較好的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：直線步進電動機，指數(shù)升降頻，均勻細分，測試
0引言
目前我國自行研發(fā)的直線步進電機驅(qū)動控制器和國外相比差距很大，實際應(yīng)用中多使用國外的通用驅(qū)動控制器，成本較高，國內(nèi)產(chǎn)品種類很少，而且大部分產(chǎn)品細分只有較少檔位，定位精度不理想，電機運行不流暢，噪音較大，調(diào)速控制幾乎都采用直線升降速控制技術(shù)，不能很好地發(fā)揮直線步進電機的加虛陛能，速度可調(diào)節(jié)范圍窄。這些因素嚴重制約了我國直線脈沖電機的推廣應(yīng)用。1驅(qū)動控制方案
1 1驅(qū)動控制技術(shù)概述
(1)常規(guī)驅(qū)動技術(shù)主要指單電壓串電阻驅(qū)動、雙電壓驅(qū)動和高低壓驅(qū)動。優(yōu)點是電路簡單、成本低，缺點是能量消耗大，電機低頻運行不平穩(wěn)，噪聲較大，控制精度不夠高”“。
(2)恒流斬波驅(qū)動技術(shù)優(yōu)點是能夠保證電機牽出轉(zhuǎn)矩的平均值基本恒定，同時電機的高頻響應(yīng)得以提高，共振現(xiàn)象減弱，缺點是不能解決電機本身所固有的低頻振動問題。
(3)細分驅(qū)動控制技術(shù)優(yōu)點是能提高電動機的系統(tǒng)分辨率和運行平穩(wěn)性，解決低頻振動問題，進一步改善系統(tǒng)的牽出特性。
(4)加減速升降頻控制技術(shù)優(yōu)點是避免因失步無法起動、運行過程中失步及停止時過沖等現(xiàn)象。
1 2方案選擇
Lmd最動和噪聲比其他類型的微電機都高。細分驅(qū)動技術(shù)可將電機的脈沖細化，減小步距，保證電機低速時平穩(wěn)運行；在電機相數(shù)和極數(shù)一定的情況下能提高電機的分辨率，實現(xiàn)精確定位。由I_,PM力一速特性可知，電機的電磁推力隨著脈沖頻率的上升而下降，起動頻率越高，起動電磁
推力越小，帶載能力越差。當起動頻率較高時，起動時會造成失步，停止時又會發(fā)生過沖。因此，當電機以較高的速度工作，必須借助于升降頻控
制才能實現(xiàn)，但如果升降頻過程中輸出的脈沖頻率變化不合理，則使電機失步且升降速時間延長，甚至使電磁推力達不到設(shè)計指標，限制了電機的****工作速度∞J。
綜上所述，驅(qū)動控制方案確定為按指數(shù)規(guī)律升降速的正弦波等幅均勻細分驅(qū)動控制。
2 算 法
2．1正弦波細分算法
【,PM可認為是旋轉(zhuǎn)步進電機的展開，所以，旋轉(zhuǎn)步進電機正弦波等幅均勻細分算法也同樣適用于對LPM的控制。
設(shè)兩相混合式旋轉(zhuǎn)步進電機的兩相繞組中電流滿足如下相角關(guān)系：
 式中，p為電機軸預置位置的電角度；k為永磁鐵等效勵磁電流的幅值。
對于理想化模型(不計鐵心飽和的影響并忽略磁導中高次諧波的影響)，兩相繞組中分別通人模擬的正、余弦電流則可得到類似同步機的轉(zhuǎn)矩特
性，使電機均勻旋轉(zhuǎn)。等幅均勻細分算法是用有限的數(shù)字化電流量來模擬正弦電流，從而實現(xiàn)驅(qū)動控制。圖l為8細分時，在一個步距內(nèi)電機A、B兩相繞組電流的變化情況。
2．2指數(shù)升降頻算法
一般的升降速規(guī)律設(shè)計，常常選擇按直線規(guī)律升降速。這種控制方法簡單。但由于它的脈沖頻率變化為一個恒定的加速度，所以不能保證升降速過程中動子加速度的變化與它的電磁推力變
化相適應(yīng)，未能很好地發(fā)揮電機的加速性能。因此，有必要對脈沖頻率進行合理地研究與論證，
尋求一種較理想的升降速曲線，使電機在運行過
程中能夠快速定位，并且運行步數(shù)準確∽。J。
為了找出理想的升降速規(guī)律，依據(jù)LPM動力學方程和力一速度特性曲線推導升降速曲線如下：直線脈沖電機的動力學方程式
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