基于FPGA的步进电机细分控制研究

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1、第42卷第6期航空发动机Vol.42No.62016年12月AeroengineDec.2016基于FPGA的步进电机细分控制研究古玉雪，张小妍，李华忠，何流，蒋文亮（中国航发控制系统研究所，江苏无锡214063）摘要：为了解决所选步进电机固有步距角过大而无法满足系统高精度微位移控制要求的问题，以细分控制原理为理论依据，设计了1种基于现场可编程门阵列（FieldProgrammableGateArray,FPGA）的单极性细分驱动电路。该电路具有绕组断线检测功能，可在电机转速为2rad/s的前提下实现16或者更高程度的细分控制。在电路的调试过程中，针对绕组互感问题进行了研究，在很大程度上降低

2、了绕组互感对细分控制精度的影响。试验结果表明：所设计的基于FPGA的细分驱动电路控制精度满足使用要求。关键词：步进电机；现场可编程门阵列；细分控制；体二极管；绕组互感中图分类号：V228.12文献标识码：Adoi：10.13477/j.cnki.aeroengine.2016.06.003ResearchonMicrostepControloftheSteppingMotorBasedonFPGAGUYu-xue,ZHANGXiao-yan,LIHua-zhong,HELiu,JIANGWen-liang渊AECCAeroEngineControlSystemInstitute,WuxiJi

3、angsu214063冤Abstract:Thenaturalstepangleofthesteppingmotorissolargethatthesteppingmotorcan'tmeettherequirementsofhighprecisionmicro-displacement.AkindofFPGA-basedunipolardrivecircuitintheoryofmicrostepcontrolwasdesigned.Thecircuithastheabilityofwingdisconnectiondetection,andcandrivethemotortorotate

4、atspeedof2rad/swithitsstepangleachievessixteenthofthenature.Duringthedesign,theadverseimpactcausedbytheMOSFETbodydiodewasexcludedandtheinfluenceofmutualinductancebetweenwindingswaseffectivelyreduced.TheexperimentresultprovesthattheaccuracyoftheFPGA-basedmicrostepcontrolcircuitmeetsthesystemrequirem

5、ents.Keywords:steppingmotor;FPGA;microstepcontrol;bodydiode;mutualinductancebetweenwindings控制的原理及驱动电路的设计进行了说明，给出了细0引言分控制的FPGA实现方案，并就MOS管体二极管、电步进电机是1种将数字脉冲信号转换成机械角机绕组互感对细分精度的影响进行了讨论。位移或者线位移的数模转换元件。具有易于控制，在1细分驱动原理带载能力范围内，其步进角度不受驱动电压、驱动电流的影响，及控制误差不积累的特点，适合于做控制步进电机细分驱动技术早在20世纪60年代就型电机。然而，步进电机的固有步矩角较大，在

6、要求高己经提出，其本质是通过对相电流的精确控制，使电精度微位移的控制场合往往满足不了控制要求。细分机内部的合成磁场按照某种规律变化，实现步距角的驱动，在不改变电机结构的前提下，通过对相电流精细微化。一般情况下，认为合成磁场矢量的幅值决定[4-5]确控制，实现了步距角的细微化，同时提高了电机运电机力矩的大小，方向的变化决定步进角度的大小。[1-3]由于磁场的方向由电流矢量方向决定，磁场的大小由转的平稳性。本文根据项目选用的4相6线制混合式步进电电流的幅值决定，因此以电流的形式进行理论分析。机，设计了1种基于FPGA的细分驱动电路。对细分2相通电时步进电机电流矢量如图1所示。为实收稿日期：201

7、6-05-05基金项目：国家重大基础研究项目资助作者简介：古玉雪（1987），硕士，主要从事硬件电路研发工作；E-mail：linyu001@126.com。引用格式：第6期古玉雪等：基于FPGA的步进电机细分控制研究19现恒力矩均匀细分，必须保证合成电流的幅值不变，的路径进行续流。[6-7]角度均匀变化。为此，2相电流IA、IB必须满足换相时，例如由A相换到B相，S3会断开，此时sin兹S1可能闭合，也可能