步进电机步距角的正余弦细分原理

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1、1厅二忆台台刊侠天第20卷(1997)CSAOP:,bl;eat旧ns1997年6月步进电机步距角的正余弦细分原理‘张竹恒周尊源孙淑琴,,(中国科学院陕西天文台陕西省临渡710600),,(中国科学院南京天文仪器研制中心江苏省南京市21。。42)关键词步距角正余弦细分分类号TP273,摘要步进电护的步距角由于受到机械结构和经典细分驱动电路的限制只能适量的减小,但对于许多精密设备的控制及高精度的定位系统,其步距角的分辨,。率还应提高正余弦细分驱动电路很好地解决了这一问题它的主要特点是和计算、;机或单片机的接口简单转速连续可调增减EPROM的地址线可灵活改变细分数;电机运行平稳、振动小、噪声

2、低。1引言步进电机是一种用电脉冲信号来控制的电磁机械装置。当外加一个脉冲信号于步进电,,。机时其转轴就转过一个角度所转动的角度称为步距角每个单步运行引起的步啊应振幅跟单步的增量直接有关,普通的驱动方式因步距大引起的振幅也大,在系统自然谐振区内,。,得到“”,有可能造成失步将步进电机的一个自然步细分微步距可明显地提高步进电机的分辨率,而微步距电机步增量小、电机运行平稳、振动减小、噪声降低,即使在谐振区内也不容易引起失步.为提高数控设备的控制精度及定位精度,应减小步进电机的脉冲当,:(l)减小步进电机的步距角;(量实现的途径有2)加大步进电机到传动系统的机械传速比;(3)将步进电机的步距角进

3、行电细分。前两个途径受机械结构及制造工艺限制实现困难,尤其对既定系统来说。只有将步距,。角进行足够的细分才能较方便地达到所需的精度要求经典的步进电机细分电路的细分数不可能做得很高,其步距角还显的不够精全味正余弦细分可将步进电机固有的步距脉冲,,,,分成若干个随正余弦函数变化的梯形波细分数越多台阶越多步距角就越小更适用于混合式步进电机的驱动。2正余弦细分原理细分的功能是采用了数/模转换技术,用阶梯波驱动代替传统的方波驱动,使电机以1996一09一27收稿中国科学院夭文委员会资助课题陕西天文台台刊第20卷“”,微步距连续运动能分别提供步进电机绕组近似于正弦和余弦函数的阶梯电流的驱动电路叫正余

4、弦细分驱动。如果两相绕组电流分别近似于正余弦函数,且磁通与电流、电磁拉力,,,都成线性关系那么在进给频率一定时步进电机作匀速运动得到均匀小步距(如图1所,,.示)每个微步距刀~都细分数式中占为步距角.图2是正余弦细分电原理框图3块4089二进制系数乘法器通过计算机或单板机产生不同的时钟,频率用两块74HC153组成的方向逻辑电路和方,向锁存器的反馈信息产生控制信号使2个串接起,来的四位二进制可逆计数器进行加法或减法运算、-8位地址线分别接到写有sINCOS函数值的E,,PROM上总共可寻址256个地址空间将每个l/4、,周期的SINCOS波形各分成256个函数值每,个函数值为sbit依次

5、写入EPROM相应存储空l正图余弦细分阶梯电流示t图,、.间1个SINCOS周期即为1024步在时钟频率C、,LK及UP八X)WN递增递减信号作用下8位可逆计数器的输出不断改变EPROM的,地址从EPROM读出的正余弦函数值经8位D/A数模转换变为模拟量的1/4周期正余弦。、,函数波形为了得到一个完整的SINCOS图形利用计数器的进位端和借位端以及赋能,。、。端组成了两个逻辑电路一个是控制计数器的正反向计数当计数器输出为256时即做,,。减法运算为O时即做加法运算这样可得到半个周期的正余弦函数波形另一个是控制方向}二讲制乘块器}4089X3图2正余弦细分电原理框图:20卷(1997)张竹

6、恒等步进电机步距角的正余弦细分原理。1相位模拟开关它的作用是将未经倒相的1/2个周期的正余弦函数与已经倒相的/2个周,、期的正余弦函数组合成一个完整周期的正弦及余弦波形再经缓冲滤波和倒相输出4路,,。正余弦波形到功率放大器功放输出接在步进电机的的绕组上形成驱动电流EPROM里的正,;,!/户l写入余弦函数值。,:~~~可用数字偏移量D来表示表达式为、a,D~256X/90i表示SINCOS;。式中下标或表示角度。功率放大器要选用输出电流大、谐波和交越失真小的、并设有短路和过热保护的集成电路,自然也可自行设计.图划。3表示了图2所示各点的波形图理,在细分数要求不太高的情况下可选择一种更实

7、用更简单的正余弦细分驱,动电路它用2个74LS191组成可逆计,,数器产生8位地址线细分数可做到。,256增减地址线也可改变细分数使整{{/火才,个电路里省去了2个逻辑控制电路从二8位D/A数模转换输出的是2周期的时间。,正余弦函数波形EPROM的写入正半图3图2所示各点波形图周由公式,(”给出负半周由公式(2)给出a,0D=128+128X/90a:二:0一90(l),。,D=128(2aa70一)/90=180一270(2)。