两相混合式步进电机高精度细分驱动器的设计与实现.pdf

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1、６７６化工自动化及仪表第４２卷两相混合式步进电机高精度细分驱动器的设计与实现刘媛媛（无锡科技职业学院，江苏无锡２１４０２８）摘要基于步进电机的电流矢量恒幅细分驱动原理，设计由ＳＴＭ３２Ｆ１０３Ｃ８单片机、ＡＤ５３３６芯片和功放电路构成的二相混合步进电机的高精度细分驱动器，给出了电机驱动的硬件电路和步进电机的软件控制和校正程序。基本消除了步进电动机的非线性影响，确保驱动器高精度细分的实现，可满足较高的细分步距角精度及平滑运行等要求，提高了步进电机的运行性能。关键词细分驱动步进电机高精度硬件电路软件校正程序中图分类号ＴＨ８９文献标

2、识码Ａ文章编号１０００３９３２（２０１５）０６０６７６０４步进电动机是数字控制的电动机，具有较好的低速运行特性和较宽的调速范围，无累积误差，能够准确移动和定位、寿命长及抗干扰性能好等独特优点，被广泛应用于工业自动化设备等领［１～５］域。由于步进电机的结构和运行特点，使它存在整步驱动控制时有步距角较大、转速不够平稳，低图１励磁绕组中的电流合成矢量示意图速时容易产生振动、机械噪声较大及工作精度低［６］等缺点。为了克服步进电机自身的缺陷，实现合成的磁场矢量幅值决定了电机的旋转转在整个电机控制系统中的精密控制，除了要求电矩，相邻

3、的两个合成磁场矢量间的夹角决定了步机自身性能外，另一个主要因素取决于所选择的距角的大小。步进电机任意一相的电流变化，都驱动器。目前市面上性能优越的步进电机价格较会引起电流合成矢量幅值的不断变化，步进电机昂贵。所以一般选择性价比稍高的步进电机配套的转距亦随之变化，这将影响更高的细分数。为性价比高的驱动器来满足精密控制的需求。步进了得到尽可能的圆形合成磁场并保证步距角变化电机的细分技术可以消除电机的低频振荡，并提均匀，绕组电流的参考信号采用近似正弦的阶梯高电机的输出转矩和步距的均匀度，是一种较为状波形。对两相混合式步进电机而言，需

4、同时改［７～９］完善的解决方式。笔者结合步进电机的电流变ＩＡ和ＩＢ两相电流的大小，从而保证电流合成矢量恒幅细分驱动原理，设计由ＳＴＭ３２Ｆ１０３Ｃ８单矢量恒幅均匀旋转。步进电机的细分控制函数片机、ＡＤ５３３６芯片和功放电路组成的二相混合步为：进电机的高精度细分驱动器，给出了电机驱动的ＩＡ＝ＩＭ·ｃｏｓθ（１）硬件电路、软件流程和校正程序。ＩＢ＝ＩＭ·ｓｉｎθ１步进电机的细分原理其中ＩＭ为合成电流幅值。细分驱动就是用步进电机实现细分是通过对励磁绕组中电流设定的数字化电压量模拟为正余弦电压，然后细合成矢量的控制来实现的。励磁绕组中

5、的电流合分步进电机在一个周期内所受的模拟信号，确保成矢量如图１所示，其中ＩＡ#ＩＢ#ＩＨ分别表示每个细分点对应于一个确定的数字量化值。根据步进电机两相Ａ、Ｂ的电流矢量和两相电流的合成矢量。收稿日期：２０１５０４０８（修改稿）第６期刘媛媛．两相混合式步进电机高精度细分驱动器的设计与实现６７７步进电机所要求的最大细分数Ｎ，按正弦方式在在Ｅ２ＰＲＯＭ中对应的细分电流正弦表，微处理器零和最大相电流之间划分出Ｎ个电流中间状态，输出的控制数字信号经Ｄ／Ａ转换器将其转换为同时将每个中间状态对应的量化值存入Ｅ模拟量的电压信号，后经运算电

6、路放大和功率电２ＰＲＯＭ，步进电机所要求的细分数可通过软件设路放大，两相绕组分别输出正弦和余弦变化电流，定。比如，电机运行要求细分数为２５６，就是将采用电流合成矢量的方式，驱动步进电机旋转，从１／４周期分成了２５６个点对应的数字量，经数模转Ｅ２ＰＲＯＭ中的正弦表中每输入一个对应数字量，换后输出给电机绕组的电流信号就逼近正弦模拟就完成一个微步距角的旋转，同时引入由采样电连续信号。阻取样得到的绕组电压信号进行负反馈，以保证２驱动器设计方案电压放大的稳定性。驱动器的硬件框图如图２所根据输入设定的细分数，微处理器输出存储示。图２驱动器

7、硬件框图３硬件电路ＡＤ５３３６作为Ｄ／Ａ转换芯片，该芯片具有４个十３．１微处理器控制电路位精度可单独控制的Ｄ／Ａ输出通道，功耗低，全微处理器控制部分是以３２位ＡＲＭ内核的微部数模转换都通过一个十位并行ＩＯ口与微处理处理器ＳＴＭ３２Ｆ１０３Ｃ８为核心构建的电路，其主要进行读写操作，Ｄ／Ａ转换的切换时间仅６μｓ，完全功能是根据键盘输入设置参数及控制数据等，输满足本设计对电机高精度细分和快速调速的需出Ｅ２ＰＲＯＭ中存储的量化的细分电流控制字，通求；而且该芯片带负载能力强，每个Ｄ／Ａ通道均过微处理器ＩＯ口输出对应的数字量，经数模转换带

8、有轨到轨输出的缓冲型放大器；该芯片采用双为逼近给定电流正弦波形的阶梯波信号。同时回重缓冲的输入锁存架构和高速总线的存取时间，读采集数据由ＬＥＤ模块显示，实现步进电机的实时控制。微处理器通过Ｉ２Ｃ总线读入按照设定细分数对应的正弦表，作为微处理器与数模转换模块连接端口的并行输出数