裝備自動定向系統(tǒng)中步進電動機的開發(fā)應(yīng)用
張志利
（第二炮兵工程學(xué)院，陜西西安710025）
摘要：在簡要介紹一種基于步進電動機控制的自動化定向系統(tǒng)技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，著重分析了步進電動機高精度細分設(shè)計中的幾個具體技術(shù)問題．
關(guān)鍵詞：定向，步進電動機i細分f零位漂移
中圖分類號：tm383.6 文獻標識碼：a 文章編號：1001-6848(200(7)02-0025-04
1引 言
某裝備方位定向采用的是手動控制方案，操作繁瑣，人為干擾因素多，同時，由于其方位定向精度要求很高（幾個角秒），而執(zhí)行機構(gòu)中的直流電機轉(zhuǎn)動慣性很大，且存在零位死區(qū)，故定向操作占用時間太長，在一定程度上制約了該裝備的快速反應(yīng)能力，因此，設(shè)計出技術(shù)可行、精度滿足要求、操作時間短的自動定向系統(tǒng)意義重大。
2 自動定向系統(tǒng)技術(shù)方案
新設(shè)計的裝備自動定向系統(tǒng)主要由計算機、步進電動機、細分控制電路、光電經(jīng)緯儀、信號處理電路、a/d轉(zhuǎn)換電路、轉(zhuǎn)動平臺和直角反射棱鏡等部分組成，其原理組成框圖如圖1所示。
由光電經(jīng)緯儀發(fā)出的一束平行光照射到與轉(zhuǎn)動平臺固聯(lián)的直角反射棱鏡上，如果反射光束平行或重合于出射光束，則表明裝備處于所要求的射向上。如果反射光束與出射光束木平行，則此時反射光信號由安裝在光電經(jīng)緯儀內(nèi)的光電接收器件接收，并轉(zhuǎn)換成電信號，送至信號處理電路，經(jīng)放大濾波后輸入至ald轉(zhuǎn)換電路，計算機進行比較處理后計算出步進電機應(yīng)旋轉(zhuǎn)的方向和步數(shù)，送至細分控制電路進行處理，以控制步進電機帶動平臺和棱鏡一同旋轉(zhuǎn)，直至偏差信號為零，此時裝備定向于所要求的射向上。
3步進電機細分電路設(shè)計中的幾個問題
由于裝備方位定向要求在士5的方位角內(nèi)，這就要求步進電機細分后的微步距角應(yīng)不大于10，但從了解到的情況看，均達不到這一要求，因此必須研制出新的精度更高的細分控制系統(tǒng)，以確保自動定向系統(tǒng)的實現(xiàn)。
3.1步進電機高精度細分電路設(shè)計
為了實現(xiàn)高精度定向，對步進電機步距角進行高分辨率細分十分關(guān)鍵，也是本系統(tǒng)的難點所在。對步進電機的步距角進行細分是通過改變步進電機相電流的方法實現(xiàn)的。一般的細分方法只改變某一相的電流，如圖2a所示。這種方法的缺陷是電流合成矢量的幅值是不斷變化的，使步進電機的轉(zhuǎn)矩亦隨之變化，從而引起滯后角的變化，最終就影響了細分數(shù)的增加，即限制了分辨率的提高。為了能夠從根本上解決這個問題，我們采用“電流矢恒幅均勻旋轉(zhuǎn)的細分方法。采用這種方法時，電流合成矢量的旋轉(zhuǎn)示意圖如圖2b所示，其主要特點是同時改變兩相電流的大小，使電流合成矢量等幅均勻旋轉(zhuǎn)。這種方式可稱為步進電機的模擬運行，它是一種基于交流同步電機概念的特殊細分技術(shù)，實質(zhì)是對運行于交流同步電機狀態(tài)的步進電機所受控的交流模擬信號在一個周期內(nèi)細分，即每個細分點對應(yīng)于一個交流值。當(dāng)細分數(shù)相當(dāng)大時，電機繞組的電流信號就逼近模擬連續(xù)信號。這種細分驅(qū)動技術(shù)可以極大地提高步進電機的分辨率和運行穩(wěn)定性。
裝備自動定向系統(tǒng)選用的是四相混合式步進電動機，其細分控制電路主要由環(huán)形分配器、細分控制函數(shù)發(fā)生器、三角波發(fā)生器、電流調(diào)節(jié)器、脈寬調(diào)制電路pwm、電流取樣電路、功率橋和電源等部分組成。其中，環(huán)形分配器包括4塊cc4516二進制可逆計數(shù)器和1塊高輸入阻抗雙運放tl082細分控制函數(shù)發(fā)生器包括4塊eprom(27256)、4塊8位d/a轉(zhuǎn)換芯片dac0832、1塊雙四選一模擻開關(guān)和6片高精度單運放op07，2塊dac0832通過op07電路的級連構(gòu)成-16位d/a轉(zhuǎn)換電路，有效地節(jié)省了研制費用，達到了良好的效果。電流取樣方式采用了電阻合成取樣方式，有效地抑制了零位溫度漂移。
步進電機細分控制電路的簡要工作過程是，計算機送出的脈沖信號經(jīng)環(huán)形分配器中的計數(shù)器計數(shù)與分配，送到細分控制函數(shù)發(fā)生器，產(chǎn)生大小正式于控制參數(shù)z的正、余弦函數(shù)的兩 |
