帶電流負反饋的混合式步進電機控制系統(tǒng)研究
王帥夫，劉景林
（西北工業(yè)大學西安710072)
摘要：介紹了一種應用于混合式步進電機的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)以二相混合式步進電動機的靜態(tài)和動態(tài)運行特性為出發(fā)點，主要由控制電路、邏輯合成電路、pwm波調制電路、功率驅動電路、過流保護電路和電流負反饋電路六部分組成。本系統(tǒng)以單片機at89 c51為控制核心，實現(xiàn)正／反轉運行、過流保護和電流負反饋功能。針對步進電機隨著頻率升高帶載能力下降的特點，系統(tǒng)通過采用過流保護和電流截止負反饋等措施后，使系統(tǒng)的帶載能力有所提高。
關鍵詞：步進電機；單片機；電流截止負反饋
中圖分類號：tm383. 5 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848(2010)07-0061-03
o引 言
本系統(tǒng)采用單片機、pwm專用芯片和可編程邏輯芯片，結構簡單，成本低廉，有過流保護電路和電流負反饋電路保證運行的安全，提高了系統(tǒng)的矩頻特性。
以往的恒流驅動方式的供電電壓比電機額定電壓高得多，使繞組電流上升和衰減速度很快，通過斬波方式使電機繞組電流在低速到高速運行范圍內保持恒電流，從而保持電機輸出轉矩恒定。
但是存在一些缺點：線路較復雜、低速運行時繞組電流沖擊大，使低頻產生振蕩，運行不平穩(wěn)，噪聲大、定位精度沒有提高等。
l 系統(tǒng)組成
本文中系統(tǒng)的特征：由于使用了電流反饋，繞組電流可以恒定，且不隨電機的轉速而變化，從而保證在很大的頻率范圍內電機都能輸出恒定的轉矩，本泵統(tǒng)是針對兩相混合式步進電機所設計，可在寬電壓范圍內對步進電機進行驅動和控制。
系統(tǒng)由六個部分組成：控制電路、邏輯合成電路、pwm波調制電路、功率驅動電路、過流保護電路和電流負反饋電路。系統(tǒng)框圖如圖1所示。系統(tǒng)接受外部信號之后單片機輸出四路控制信號，這四路信號和sg3525輸出的兩路pwm波，經過gai20v8組合，來控制各功率管的開通與關斷。
1.1控制電路
控制電路主要由單片機at89c2051構成�？刂齐娐方邮芡獠空崔D、脈沖信號、4/8拍切換和過流保護信號經過光電隔離后分別輸入至單片機的p3．o、p3. 3、p3.1、p3.2口，經過處理輸出a、／a、b、/b 4路信號。其中a和/a代表a相繞組正端和負端功率橋控制信號，b和代表b相繞組正端和負端功率橋控制信號。
1.2邏輯合成電路
邏輯合成電路主要由gal20v8b組成，它將pwm波調制電路輸出的兩路互補的pwm信號與控制電路產生的控制信號綜合處理，產生8路h橋控制信號。由邏輯合成電路產生的八路信號經由反相器輸入至功率驅動電路中由八個mosfet組成的兩個h橋。控制電路和邏輯合成電路的框圖如圖2所示。
1.3 pwm波調制電路
pwm波調制電路采用集成脈寬調制器( sc3525)實現(xiàn)斬波電流信號的生成t，工作時的斬波頻率和死區(qū)大小由接于5、6、7引腳上的ct、rt和rd共同決定，等式為：f= 1/ct（0.7rt+ 3rd）。通過調節(jié)2腳（同相輸入端）上的電位計pl來調節(jié)pwm波的占空比，從而輸出兩路互補的單極性pwm信號。其電路構成如圖3所示。
1.4功率驅動電路
功率驅動電路由四片ir2110驅動芯片，和由這四片ir2110驅動芯片驅動由8只高頻cmos功率場效應晶體管組成的兩個h功率橋構成。由邏輯合成電路輸入的八路控制信號分別控制8只cmos管的開通和關斷，輸出的四路信號分別接到兩相混合式步進電機的兩套繞組的正負端，實現(xiàn)兩相混合式步進電機的四種模式：正轉整步運行、正轉半步運行、反轉整步運行和反轉半步運行。
1．5過流保護電路
過流保護電路主要由運算放大器和電壓比較器構成，如圖4所示。由采樣電阻得來繞組上的信號，經放大然后跟標準電 |
