步进电机变速控制系统设计

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1、第21卷第22期电子设计工程2013年11月Vo1．21No．22ElectronicDesignEngineeringNOV．2013步进电机变速控制系统设计桑鹏，吕建工，彭吉龙，付利平(中国科学院空间科学与应用研究中心，北京100190)摘要：空间光学探测仪器为实现视场扫描、波段转换等功能，往往需要步进电机进行驱动。空间用步进电机要求精度高、功耗低、可靠性高。本文设计了一种基于FPGA的两相步进电机控制系统，采用矢量横幅均匀旋转的方法实现八细分驱动。并根据S曲线算法模拟离散的S曲线加减速算法表，保证电机转子运转速

2、度与加速度变化的连续性，提高电机运行的平稳性能。测试结果表明，该套控制系统功耗低、精度高，很好的完成了设计要求。关键词：步进电机；矢量横幅均匀旋转；细分；FPGA；S曲线中图分类号：TN06文献标识码：A文章编号：1674—6236(2013)22—0155—04Designofvariable-speedcontrolsystemforsteppermotorSANGPang，LVJian—gong，PENGJi-long，FULi—ping(Nat／ona／sp口ceScienceCenter，ChineseAc

3、ademyofSciences，Beo'ing100190，China)Abstract：Spaceopticalinstrumentsusuallyneedtodrivesteppermotortorealizethefunctionsuchasfieldscanningorwavelengthconversion．Thisalwaysrequireshighprecision，lowpowerconsumption，highreliability．Inthispaper，wedesignatwo-phaseste

4、ppermotorcontrolsystembasedonFPGA，subdividedcontrollingusingcurrentvectorevenrotatingwithuniformamplitude；Inordertoensurethevariable-speedcontrolofthemotorandaccelerationchange，theS-curveaccelerationanddecelerationcontrolalgorithmweregiven，itCanimprovethesmooth

5、performanceofthemotorrunning．Finally，theresearchresultsshowthatthiscontrolsystemCanbewellusedforsteppermotorundertheconstraintconditionoflow-powerconsumption，high-precision．Keywords：steppingmotor；currentvectorevenrotatingwithuniformamplitude；subdivisiondriver；F

6、PGA；S-curve电离层电子浓度总含量TEC是监测电离层活动的重要式步进电机为例，有W1、W2两相励磁绕组。文中以W1、W2参数。电离层光度计正是探测TEC的高灵敏度的电离层光学表示电机绕组正向通电，以W1、W2表示电机绕组反向通电。探测仪器。具有载荷重量轻、功耗低的优点。为充分利用载整步运行的绕组通电顺序是W1一W2一Wl—W2一W1，荷．电离层光度计采用滤光片轮来完成不同探测波段的交替每周期四拍。每拍电机转动1．8度，即步距角为1．8度伫】。测量。步进电机具有易于控制、误差不累积、可靠性高等优微步运行即细分，

7、本质上是通过对电机绕组电流的控势．因此选用步进电机作为驱动机构带动滤光片轮的转动。制．使电机内部合成磁场为均匀的圆形旋转磁场，从而实现这里采用两相混合式步进电机来驱动滤光片轮，该电机的步步距角的细分，同时也能抑制步进电机的低频振荡131。距角1．8o．空载启动频率100Hz。为满足滤光片轮的转动精文中采用矢量横幅均匀旋转的方法实现8细分控制，即度，需要采用细分驱动电路；同时同时由于仪器对电机转动在整步运行的每两个阶段中插入7个中间状态，从而将一个时间精度要求高．因此电机的运转频率远高于该电机的空载步距角分成8步。表现

8、为两相绕组中通过相差90。相位的两启动频率，为解决高速启动的失步及停止时的过冲，需要采相正弦波形的绕组电流，如图1所示。图2为两相步进电机用加减速控制。八细分的电流矢量图，，为细分后W1和W2两相中间状态的文中提出了一种基于FPGA的步进电机控制系统，采用矢量电流，此刻W1相为正向通电，电流大小sin(~r／4)，W2rI'I公司的UC3717