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1、步进电机多级细分驱动方法研究北京阿沃德
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3、动化设备佇限M任公-J步进电机作为电磁机械装胃，其进给的分辨率取决于细分驱动技术。采用软件细分驱动方式，Itl于编程的灵活性、通用性，使得步进细分驱动的成木低、效率高,耍修改方案也易办到。同时，还可解决步进电机在低速时易出现的低频振动和运行中的噪声等。但单一的软件细分驱动在精度与速度兼顾I：会有矛盾，细分的步数越多,精度越髙，但步进电机的转动速度却降低；耍提高转动速度，细分的步数就得减少。为此，设计了冬级细分驱动系统，通过不同的细分档位设定，实现不同步数的细分，同时保证了不同的转动速度。1细分驰动原理步进电机控
4、制中已蕴含了细分的机理。如三相步进电机按A-B-C……的顺序轮流通电，步进电机为整步工作。而按A-AC-C—CB-B-BA-A……的顺序通电，则步进电机为半步工作。以A-B为例，若将各相电流看作是向量，则从整步到半步的变换，就是在IA与IBZ间插入过渡向量IAB・因为电流向量的合成方向决定了步进电机介成做势的方向，而合成磁势的转动角度木身就是步进电机的步进角度。显然，IAB的插入改变了合成磁势的转动大小，使得步进电机的步进角度由Ob变为0.5Ob,从而也就实现了2步细分。山此可见，步进电机的细分原理就是通过等角度有规律的插入电流合成向量，从而减小合成磁势
5、转动角度，达到步进电机细分控制的目的。如图1所示，在三相步进电机的八相与B相之间插入合成向量AB,则实现了2步细分。要再实现4步细分，只需在A与ABZ间插入3个向虽II、T2、T3,使得合成磁势的转动角度e1=02=03=04,就实现了4步细分。但4步细分与2步细分是不同的,由于II、12、133个向量的插入是对电流向量IB的分解,故控制脉冲已变成了阶梯波。细分程度越高，阶梯波越复杂。图1步进细分原理在三相步进电机整步工作时，实现2步细分介成做势转动过程为IA-IAB-IB:实现4步细分转动过程为IA-I2-IAB……:而实现8步细分则转动过程为IA-I
6、1-I2-I3-IAB……o可见，选择不同的细分步数，就要插入不同的电流合成向量。2多级细分驱动系统的实现2.1系统组成如图2所示，系统由主机、键盘输入系统、步进显示系统、步进控制系统组成。主机采用AT89C51单片机，其为低功耗的8位单片机，片内有一个你字节的Flash可编程、可擦除、只读存储器，故可简化系统构成，且可满足本系统数据存储空间的要求。主机接收串行口送來的步进控制数据，并对其进行处理，以实施步进控制。键盘输入系统是用來输入控制所需的细分档位。系统设计时，考虑到随看细分的精确化，如128步细分时，步距角达到足够小，能满足乞种步进耍求，故以2的
7、整数次慕作为细分基准。步进显示系统山液晶显示器显示当前细分档位和细分后的步进和等参数。为了减少电路的复杂性，该显示器显示的址小单位规定为0.01°。步进控制系统苗D/A转换部分和驱动系统组成。D/A转换部分包折3片DAC0830集成芯片和数据锁存系统。D.AC0830转换分辨率是8位，该芯片具有与微处理器兼容、价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点。D/A转换部分的功能足将二进制代码表示的阶梯波数值转换为相应的电流值输出，经驱动系统放大，控制步进电机转动。驱动系统采用三级管实现电流放大。图2影级细分驱动系统组成2.2细分阶梯波的产生细分的实现过程，就是插
8、入电流合成向量和转换电流合成向量的过程。电流合成向量转化的前提是合成向量的插入。在系统中，宙主机根据设定的细分档位，计算出相关参数,经查表生成相对应的阶梯波，即插入了电流合成向量。在正转或反转的控制信号下，阶梯波脉冲由输出端口经锁存系统送入D/A转换器件DAC0830进行电流合成向量的转化，输出对应的电流值，经驱动放大控制步进电机，从而实现了细分驱动。电流合成向虽:的插入是实现细分的关键，而要得到电流合成向量，首先必须产生阶梯波。由图I知，在三相电机半步工作的情况下，要实现4步细分，就必须将B相电流分成4份，但不是等分，需保证01=02=03=04。若0
9、1、02、03、04分别对应的电流向量是IB1、1132、1B3、IB4,则在01所对应的三角形内，设步进角为Ob,则□=180°-Ob,3=0b-01,由正弦定理得考虑到一般情况，由于细分时步进电机控制脉冲波形是阶梯型,如对B相进行4步细分时，其电流输入依次为IB1.1B1+IB2.1B1+IB2+1B3、1B1+1B2+1B3+1B4,相应合成磁势转过的角度为01、01+02、01+02+03、01+02+03+04,此时设IBk即为电流合成向量中B相阶梯波中第k阶的电流，值，Ok即为此时合成磁势相应转过的角度。由此推出,对B相来讲,在步进电机的步进
10、角度为Ob时，考虑到IA=IB,则阶梯波型其任一阶的电流值为同理，可求得A相和C
