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1、步进电机正余弦细分微步距驱动潭建成孟庆习蒋麟步进,提要电机采用正余弦细分微步距驱动是最新出现的驱动技术它提高—。了步进电机的分辫率和工作的平稳性本文介绍了它的基本原理和系统方,,框图计论了微步距不均匀性的影响因素最后推导了采用细分电路后步进电机最高。启动须率计算公式概,。众所周知步进电机的工作性能与所采用的驱动电路技术是密切相关的开环控制,,、的步进电机其驱动电路除一般串电阻单电压驱动之外还先后出现了高低压驱动单,。高压斩波式恒流驱动和调频调压驱动等从而大大提高了步进电机高速区输出细分。,驱动是在步进电机控制方面七十年代出现的新技术自七五年以来在美国举“”,二行
2、的增量运动控制系统和器件讨论会第四届第五届和第六届年会陆续发表专,““一〕。,文文引起了人们的重视它采用数!模转换技术用阶梯波驱动代替传统的方波,,“”∀∗驱动将步进电机的一个粗步∀自然步#进一步分细得到所谓小步距∃%&∋&()+#“”−.)∗。。〔下一0〕或微步距∀,&/(+#运动而且它可以在任意一个细步的位样停下来文采用细分驱。动的第一个优点是大大提高步进电机的分讲率例如一个杏通步进电机1,∃34。,,可得到步趾为23∃4。和耳转1222每转2步步距为若将行个粗步再细分∃2的话。,,,,步的运动当然为了提高系统的分辨率或脉冲当量可以采用大减速比的齿轮系但这种分辨
3、率的提高是以牺牲最高工作速度和降低系统传动精度为代价的。而采用全∃分,原则上可。,驱动技术以维持步进电机的步距精度和最高工作速度微步距电机的出现3提高了系统的刚度和传动精使步进电机不经齿轮减速而直接祸合驱动负载成为可能,。度避免了传动的“死”叹问题细分驱动的另一个优点是稳定性的提高。大家知道,每一个单步运功引起的步呵应。普通的驱动方式步距大3大步的阶跃运振荡的振幅∀超调量#跟单步的增量直接相关,,。动引起较大的振幅在系统自然谐振区内有可能造成电机的失步而微步距电机步增量、。,小即使在谐振区也不容易引起失步这样为了消弱振荡而附加的各种阻尼器已经。,,,不需要了而且采用
4、细分驱动的步进电机相应的进给频率大大增高使电机的大部,,份工作频率范围远离共振区并落入电机机械惯性造成的低通滤波效应区内电机运行稳定、平滑、振动和噪音减小。总之,,由“”“步进电机采用细分驱动技术步进式的不连续运动变为细步的准连”,、。续工作状态它有高的分辨率低的振荡和大的稳定性“”67..&∗〔文“〕依所谓索耶原理∀58∗+∋−&9:#设计的直线步进电机或平面步进,,,电机不可能采用机械减速方式齿距的减少也是有限度的为了获得高的分辨率∀例如脉冲当量23/:,,!脉冲#只能求助于电路控制技术细分驱动方式来达到。—原理与理想条件简言之,细分驱动,就是步进电机每相绕组由
5、传统的方波驱动改变为阶梯波驱动电“”,使电机以小机等效磁场轴线由大角度的跳跃改变为小角度的逼近于园磁场的旋转。“连续”运步距向前动以前,不少,,单位研制的细分电路用于功率步进电机是依日富士通介绍的原理每〔‘〕。。相绕组以梯形阶梯波电流供电文这种方案理论上不可能得到均匀的小步距这,里介绍的二相步进电机正余弦细分驱动方案两相分别提供逼近于正弦和余弦函,。,数的阶梯波电流如图∃所示当细分数;足够大时二相步进电机就尤如一个二相同。,,步电动机了下面我们按直线二相∀四相#步进电机进行分析但其原理原则上适用于。旋转型二相或多相步进电机图∃正余弦细分驱动中的两相阶梯波电流。图1是
6、二相永磁反应式直线步进电机原理示意图动子是由四个大齿和一个横向磁,。,化的永磁体构成大齿上有相绕组每个大齿下有一定数目的小齿其齿距与静子相,。等四大齿下的小齿之间有确定的相位关系两相绕组若依普通驱动方式通电顺序为<,<,一,一?。=>=>时动子向右运动一个齿距)为了得到均匀微步距的理想细分驱动,必须满足下列理想条件??∃#两相绕组电流逼近于正余弦函数了子兀、、少产3!1“二二‘Β‘∋∋≅&戈蔽Α∀∃#。Χ二∗/(?&Δ.鲍ΕΦ又。一一≅),,Χ‘,争粤一璧。≅式中Γ〕Χ乙兀万一∀1#Φ得·Χ二Β&∋。)丁#Α∀ϑ#贬:6Χ:,ΗΓ5ΗΙΔ其中≅一进给脉冲频率Κ一进给
7、脉冲周期∋一进给脉冲数;一细分数?1#每相等效磁通∀指交变分量#与该相激磁电流成线性关系.甲‘ΧΒ∋小&/)Λ甲=二气+二ΗΓ5山)。ϑ每相的力一位移特性呈正弦形‘ΧΝ∗/(6≅Μ∀Ο#Α。Χ一。Β&∋6≅Μ6二其中Π扛兰∀Β#Θ一动子相对于静子的位移?)一齿距>。。。Ο#每相拉力幅值Μ∀Μ#分别与叭押#成线性关系Ν甲人人Μ一一&ΑΜ。甲?·二=二&≅‘二二Β&∋/)∗/(6得ΜΑ≅。Χ一Μ口∗/(/)(&∋6∀#3二相合成拉力乏≅Χ≅‘<≅。Χ3Β∋/)∗/(6一∗/(/)(∋6Χ3(&∋。)一6Μ∀&&#Μ∀#∀%#,,3。上式表明在细分驱动时合成拉力为一
