基于变频控制步进电机驱动器设计

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1、学兔兔www.xuetutu.com第5期(总第156期)机械工程与自动化No．52009年1O月MECHANICALENGINEERING&AUT0MAT10N0ct．文章编号：1672—6413(2009)05—0158—03基于变频控制的步进电机驱动器设计王建军，石剑锋(南通职业大学机械_T-程系，江苏南通226007)摘要：针对步进电机在启动和停止过程中容易失步等问题，采用变频调速结合单片机控制技术，有效地解决了上述问题，提高了系统的控制精度。重点介绍了变频调速的原理、硬件原理图及软件设计流程。实验表明效果良好。关键词：变频调速；单片机；步进电

2、机中图分类号：TM344．6文献标识码：B0引言机驱动两大部分电路组成，脉冲产生与脉冲频率控制随着现代化程度的不断提高，传统的机床正被逐主要采用单片机为核心的控制器，步进电机驱动主要步进行简易数控化改造，而作为基本动力来源之一的采用I297／298步进电机驱动芯片。步进电机的控制关系到整个数控系统的控制精度，同时也关乎改造后机床的加工精度。步进电机虽然有启动速度快、控制精度高、转速控制方便等优点，但实际运动过程肯定要经历加速启动、恒速运行和减速停止过程。如果在加速启动阶段一次将速度升到给定速是度，由于其启动频率超过极限频率，步进电机要发生垂失步现象；同

3、样在减速停止阶段要突然停下来，由于机械惯性的作用，步进电机不能立即停止，影响类执JJ0』』l』12』n』HJ15JJ6』IJ8』行机构的执行效率。所以，对于步进电机的启动与停止阶段的控制非常重要。。脉冲数Ⅳ图1变频控制示意图本文以一般单片机为控制系统的处理器，结合2．1脉冲产生与脉冲频率控制电路设计L297／298步进电机驱动芯片，在软件算法上将步进工本系统主要通过控制脉冲的频率和脉冲的个数来作分成3段，在启动阶段和停止阶段采用变频控制，从实现对步进电机的控制，故该电路是本系统的核心。其而达到对步进电机精确控制的目的。脉冲的产生方法有多种，本系统采用8

4、253产生脉冲，1变频调速原理如图2所示，因此单片机只需将计算得到的每阶段所变频控制原理如图1所示，对步进电机的工作过程需的频率值写到8253的控制寄存器中即可，大大节约按照3个阶段(即加速启动、恒速运行和减速停止)采用不同的控制策略。在加速启动阶段通过逐步提高驱动脉了系统资源，提高了步进电机的控制精度。8253产生脉冲的频率、脉宽等参数主要由控制寄冲的频率，使步进电机以一个恒定的加速度加速运动到所需要的速度；在恒速运行阶段保持最高驱动脉冲频存器中Ⅳ。、Ⅳ来决定，其关系为：率不变；在减速停止阶段，驱动脉冲由最高频率逐步降N。一／lc／f。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

5、⋯⋯⋯⋯⋯(1)低，直到电机运行到所设定位置。在整个运动过程中，通N】一N。一DN0。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(2)过控制总脉冲个数Ⅳ来控制步进电机运动。其中：N。、N分别为8253内计数器／定时器高8位和2硬件电路设计低8位的初始值；^x为8253芯片系统时钟脉冲频本系统主要由脉冲产生与脉冲频率控制及步进电率，Hz；f为输出脉冲频率，Hz；D为输出脉冲占空收稿日期：2009—04—30；修回日期：2009—05—2l作者简介：王建军(1964一)，男，江苏南通人，高级讲师，本科，主要研究方向：机电控制学兔兔www.xuetutu.com2009年第5期王

6、建军，等：基于变频控制的步进电机驱动器设计·159·比，0(D(1。INT1来实现的，8253输出脉冲送到外中断INT1通对于脉冲个数的控制，本系统是通过外中断过软件编程即可实现对输出脉冲的计数。图2脉冲产生与频率控制电路2．2步进电机驱动电路设计和程序设计的负担。L297采用固定斩波频率的PWML297是步进电机控制器，适用于双极性两相步进恒流斩波方式工作，主要由译码器、两个固定斩波频电机或单极性四相步进电机的控制。用I297输出信率的PWM恒流斩波器以及输出控制逻辑组成。L298号可控制L298双桥驱动集成电路，用来驱动电压最是用来驱动步进电机的集

7、成电路，采用双全桥接方式高为46V、总电流为4A以下的步进电机。L297也可驱动，由于是双极性驱动，步进电机的定子励磁绕组用来控制由达林顿管组成的分立电路，以驱动更高电线圈可以完全利用，使步进电机达到最佳的驱动。步压、更大电流的步进电机。L297只需要时钟、方向和进电机驱动电路见图3。模式输入信号，相位由内部产生，从而减轻了单片机图3步进电机驱动电路3软件设计阶段脉冲频率、脉冲个数的计量与所处运行阶段的判本系统软件流程见图4，主要包括各个变量的初断。其中8253寄存器值的初始值计算与更新主要根据始化、对运行过程进行分段、计算初始脉冲频率与各式(1)和式

8、(2)来计算。学兔兔www.xuetutu.com机械工程与自动化2009年第5期本系统的软件