混合式步進(jìn)電機(jī)spwm微步驅(qū)動(dòng)技術(shù)的研究
林 波，李興根
(浙江大學(xué)，浙江杭州 310027)
摘要：提出軟硬件結(jié)合的數(shù)字模擬控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)電流追蹤型混合式步進(jìn)電機(jī)spwm微步驅(qū)動(dòng)，使混合式步進(jìn)電機(jī)各相電流接近正弦波，以得到準(zhǔn)同步交流電動(dòng)機(jī)的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，大大削除了步進(jìn)工況，同時(shí)使該驅(qū)動(dòng)電源能運(yùn)
用于數(shù)字伺服調(diào)速系統(tǒng)，
關(guān)鍵詞：spwm步進(jìn)電機(jī)、微步驅(qū)動(dòng)
中圖分類號(hào)；tm301.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：1001-6848(2000)03-0016-03
1引 言
步進(jìn)電機(jī)在工業(yè)控制的各方面應(yīng)用十分廣泛，其主要優(yōu)點(diǎn)是開環(huán)運(yùn)行的機(jī)制獲得了接近閉環(huán)的良好性能。但在控制要求高的場(chǎng)合卻只能用帶位置閉環(huán)的直流電機(jī)，系統(tǒng)成本大大增加。
理論上，只要將一個(gè)整步無(wú)限細(xì)分便可看作是連續(xù)運(yùn)行。實(shí)際上受元器件的限制，雖不能完全連續(xù)運(yùn)行，當(dāng)微步數(shù)足夠大時(shí)，便能滿足精度要求。本文實(shí)現(xiàn)的微步驅(qū)動(dòng)方法具育簡(jiǎn)潔、可變、普適性及推廣的價(jià)值。
2原理
以二相混合式步進(jìn)電機(jī)為例，先介紹轉(zhuǎn)矩表達(dá)式和圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的形式。
如果忽略渦流和飽和效應(yīng)等其他非線性因素，其力矩方程為。
為進(jìn)行細(xì)分，可令相電流為。
j為額定電流，口為時(shí)間函數(shù)，其值為所要求的步進(jìn)位置。空載時(shí)，轉(zhuǎn)子的平衡位置決定，可見平衡位置移動(dòng)了a角，也就是需要的角位移。
兩相對(duì)稱繞組通入兩相對(duì)稱電流就能產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，這是因?yàn)橛呻娏鳟a(chǎn)生的磁密相量為：
a相和b相的磁密矢量和長(zhǎng)度在整個(gè)時(shí)域內(nèi)，且其方向是隨時(shí)間的變化在空間進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
3系 統(tǒng)
整個(gè)系統(tǒng)主要由微步信號(hào)發(fā)生環(huán)節(jié)，線性pwm斬波環(huán)節(jié)，自舉驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)，全h橋主回路4部分構(gòu)成。
3.1參考波形數(shù)據(jù)產(chǎn)生
先用c或matlab等語(yǔ)言對(duì)正弦波進(jìn)行3600n微步角庋均分，即需要多少微步就把3600均分成多少個(gè)采樣點(diǎn)，算出各采樣點(diǎn)的正弦值，然后對(duì)
得到的浮點(diǎn)數(shù)進(jìn)行2進(jìn)制量化處理，針對(duì)8位dla轉(zhuǎn)換得到2進(jìn)制偏移量，將此數(shù)據(jù)輸入eprom，這樣數(shù)據(jù)處理工作即完成。
以8微步為例，圖1中參考波形之間有900的相位差，由于全h橋?qū)驅(qū)ǖ囊�，本系統(tǒng)巧妙地對(duì)每相參考波形值分三類作了兩種控制狀態(tài)的同步控制標(biāo)記位，即大于零的點(diǎn)標(biāo)為0，等于零的點(diǎn)標(biāo)為1，小于零的點(diǎn)標(biāo)為1，控制標(biāo)記o表示該相導(dǎo)通，1表示該相截止，這些標(biāo)記和參考波形值分放在不同的eprom中，但它們一一對(duì)應(yīng)地存放在相同的地址下，以便同步可逆計(jì)數(shù)器按地址同步選出。該控制標(biāo)記用來(lái)控制tl494的死區(qū)端，從而控制pwm信號(hào)的輸出。這樣處理的好處有兩點(diǎn)，一是控制標(biāo)記和參考波形的輸出是同步的，二是每相信號(hào)都有天然的橋臂互鎖時(shí)間，即參考波形的零值所對(duì)應(yīng)的標(biāo)記1，為1時(shí)關(guān)斷橋臂，避免了直通現(xiàn)象。參考波形相位見圖1。
3.2微步信號(hào)發(fā)生環(huán)節(jié)
同步可逆計(jì)數(shù)器由兩片cd4516級(jí)連而成，二者共受同一個(gè)清零信號(hào)控制，以便周期循環(huán)可變進(jìn)制計(jì)數(shù)，高位計(jì)數(shù)器的cp脈沖由低位計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出送入。8位數(shù)據(jù)輸出線可尋址256個(gè)單元，27c64有很多頁(yè)，這里用了4頁(yè)，存放4檔微步參考波形值，即8、32、64、128微步4種，頁(yè)的尋址由高位地址線來(lái)完成。
3片eprom分別存放a相，b相，控制標(biāo)記。其中控制標(biāo)記eprom的do，dl輸出a和-a相通斷信號(hào)，d4 |
