步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)資料

第1章  緒 論..................................................................................................................... 1

1.1步進(jìn)電機(jī)控制研究背景............................................................................................ 1

1.1.1 步進(jìn)電機(jī)概述.................................................................................................. 1

1.1.2 步進(jìn)電機(jī)的種類.............................................................................................. 2

1.1.3 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)...................................................................................... 3

1.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)概述............................................................................................ 3

1.2.1 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù).......................................................................................... 3

1.2.2 細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù).................................................................................................. 4

1.3 國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究現(xiàn)狀........................................................................................ 5

1.4 課題研究的目的........................................................................................................ 7

第2章  兩相混合步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的整體設(shè)計(jì)方案................................................... 8

2.1驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)功能需求................................................................................................. 8

2.2驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)硬件構(gòu)架................................................................................................. 9

2.3兩相混合步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器軟件系統(tǒng)構(gòu)架................................................................. 9

第3章  兩相混合步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的硬件構(gòu)成......................................................... 10

3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì).............................................................................................. 10

3.2電源處理電路設(shè)計(jì)................................................................................................... 11

  3.3 保護(hù)電路設(shè)計(jì).......................................................................................................... 11

第4章  兩相混合步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的軟件設(shè)計(jì)......................................................... 12

4.1 系統(tǒng)初始化及主流程.............................................................................................. 12

4.2占空比寄存器........................................................................................................... 12

4.3定時(shí)器PWM輸出配置............................................................................................... 13

第5章  關(guān)鍵技術(shù)處理.................................................................................................... 14

5.1 解決超調(diào)與功率管發(fā)熱問(wèn)題的PWM機(jī)制優(yōu)化處理方法...................................... 14

5.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)器可擴(kuò)展處理技術(shù)................................................................................... 14

第6章  結(jié) 論................................................................................................................... 16

參考文獻(xiàn)............................................................................................................................. 16

致  謝.................................................................................................................................. 17

摘  要

隨獵微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及控制技術(shù)的不斷發(fā)展，式步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越快，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用需求越來(lái)越大。步進(jìn)電機(jī)不能直接接入電源進(jìn)行工作，它必須使用專用設(shè)備進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，因此.步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行性能除了受本身性能的影響外，很大程度上還取決于其馭動(dòng)器的好壞。目前市場(chǎng)上的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器基本都是單電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器。即一個(gè)驅(qū)動(dòng)器只能驅(qū)動(dòng)一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，這樣對(duì)于需要應(yīng)用多臺(tái)步進(jìn)電機(jī)的場(chǎng)合.必須購(gòu)買(mǎi)多臺(tái)驅(qū)動(dòng)器，這樣無(wú)疑加大了生產(chǎn)成本和產(chǎn)品的空間體積。因此，對(duì)于步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)而言，開(kāi)發(fā)一套新型的能滿足多路輸出的高精度高穩(wěn)定性步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器器具有極其重要意義。

第1章 緒 論

隨著運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展與成熟，步進(jìn)電機(jī)在工業(yè)自動(dòng)化控制中得到了廣泛的應(yīng)用.步進(jìn)電機(jī)是一種完成數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換的執(zhí)行元件，它區(qū)別于其他控制用途電動(dòng)機(jī)的最大特點(diǎn)是:能接收數(shù)字控制信號(hào)(電脈沖信號(hào))，并將這些脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成與之相對(duì)應(yīng)的角位移或直線位移.步進(jìn)電機(jī)必須與相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路配合使用，其工作性能在很大程度上取決于所使用的驅(qū)動(dòng)電路的類型和實(shí)際參數(shù)，因此，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)是步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵.眾所周知:電動(dòng)機(jī)的各相繞組之間、定轉(zhuǎn)子之間存在一定的強(qiáng)禍合，電磁關(guān)系也有較嚴(yán)重的非線性，但就其本質(zhì)而言，對(duì)I臺(tái)步進(jìn)電機(jī)的控制，就是按一定的相序向其相線圈提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，同時(shí)對(duì)各相電流進(jìn)行控制，從而產(chǎn)生必要的轉(zhuǎn)矩以驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn).本文簡(jiǎn)要介紹三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的一種驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì).

1.1步進(jìn)電機(jī)控制研究背景

1.1.1步進(jìn)電機(jī)控制研究背景

步進(jìn)電機(jī)作為機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，有著廣泛的應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)是一種根據(jù)電磁學(xué)原理，采用組合電進(jìn)鐵理論，利用定轉(zhuǎn)子之間的磁場(chǎng)作用，將電脈沖轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的執(zhí)行機(jī)構(gòu).在結(jié)構(gòu)上，電動(dòng)機(jī)定轉(zhuǎn)子都采用凸極結(jié)構(gòu)，各繞組之間的磁場(chǎng)彼此孤立。步進(jìn)電是一種離散型自動(dòng)化執(zhí)行元件.以一定的步距角一步一步做增量運(yùn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)速和運(yùn)行的距離不受負(fù)級(jí)變化的影響。只取決于給定脈沖信號(hào)的頻率和數(shù)量。利用現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)，可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定位控制:同時(shí)可以通過(guò)改變脈沖頻率和變化快慢來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度與加速度，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速的目的.它含有以下優(yōu)勢(shì):

1)無(wú)累計(jì)誤差.步進(jìn)電機(jī)的每步精度在30/u5%之間，在不失步的前提下其的角位移和物入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比，不會(huì)將一步的誤差積累到下一步，有較好的位w精度和運(yùn)動(dòng)的重復(fù)性.

2)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，有優(yōu)秀的啟停、反轉(zhuǎn)響應(yīng)。

3)沒(méi)有電刷，電機(jī)可書(shū)性高，壽命長(zhǎng)。

4)電機(jī)的響應(yīng)由愉入的數(shù)字脈沖確定，可以開(kāi)環(huán)控制，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，價(jià)格低廉。

5)電機(jī)通電停轉(zhuǎn)時(shí)候轉(zhuǎn)矩最大，實(shí)現(xiàn)停止自鎖。

6)速度正比于脈沖頻率，可調(diào)的轉(zhuǎn)速范圍寬:易于控制，只擂要控制給定脈沖的頻率和個(gè)效.即可達(dá)到調(diào)速和精確定位的目的。 正是由于這些優(yōu)點(diǎn)，步進(jìn)電機(jī)被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中，是數(shù)字開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)理想的執(zhí)行元件。尤其是80年代以后，隨著徽處理器的發(fā)展和應(yīng)用，給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的推廣帶來(lái)了廣闊的前景.但是，在性能上步進(jìn)電機(jī)也有明顯的不足之處.

1)控制不當(dāng)容易發(fā)生共振和失步現(xiàn)象，且低速時(shí)嗓聲比較大。

2〕難以獲得較大的轉(zhuǎn)矩.

3)高速時(shí)因力矩衰減容易造成失步。

1.1.2步進(jìn)電機(jī)的種類

步進(jìn)電機(jī)在構(gòu)造上分為三種主要類型:反應(yīng)式(VariableReluctance，簡(jiǎn)稱VR)步進(jìn)電機(jī)、永磁式(PermanentMagnet,簡(jiǎn)稱PM)步進(jìn)電機(jī)和混合式(Hybrid Stepping，簡(jiǎn)稱HB)步進(jìn)電機(jī)。

反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱變磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，依靠改變電機(jī)磁阻來(lái)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而帶動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行，是目前比較流行的一種電動(dòng)機(jī)，其繞組位于定子上，轉(zhuǎn)子由軟磁材料組成。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、步距角小(步距角為1.20)，但動(dòng)態(tài)性能差、效率低、發(fā)熱大，可命性差.反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)又分為單段式和多段式步進(jìn)電機(jī)，單段式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單;多段式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜.制造困難，工作特性差。

水磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子用永磁材料制成，動(dòng)態(tài)性能好、抽出力矩大、定位梢度差、步矩角大(一般為7.50或150). 混合式步進(jìn)電機(jī)綜合了反應(yīng)式和永磁式步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，是目前十分流行的一種步進(jìn)電機(jī)。其轉(zhuǎn)子上采用永磁材料，定子上含有多相繞組，按定子繞組又分為兩相混合式步進(jìn)電機(jī)、三相混合式步進(jìn)電機(jī)和五相混合式步進(jìn)電機(jī)�；旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)是輸出力矩大、動(dòng)態(tài)性能好，步距角小，配上馭動(dòng)器后運(yùn)行效果良好，尤其是兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，其約占，97%的市場(chǎng)份領(lǐng)。

1.1.3兩相混合步進(jìn)電機(jī)

兩相式混合式步進(jìn)電機(jī)常見(jiàn)的定子有4個(gè)極和8個(gè)極，極面上均勻分布一定數(shù)且的小齒及控制繞組，各相控制繞組都可以雙向通電，轉(zhuǎn)子由永磁鐵和兩端開(kāi)有齒槽的鐵芯組成，兩段鐵芯錯(cuò)開(kāi)半個(gè)齒距.轉(zhuǎn)子齒距與定子小齒的齒距相等.同一段轉(zhuǎn)子片子上所有齒都具有同向極性，而兩塊不同段的轉(zhuǎn)子片的極性相反�；旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)的軸向結(jié)構(gòu)圖如圖1-1所示。

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1.2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)概述

步進(jìn)電機(jī)不像普通的直流電機(jī)，不能直接接到交直流電源上進(jìn)行工作，而必須使用專用控制系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的性能如輸出力矩、運(yùn)行頻率等除了受其本身性能的影響外，還取決于驅(qū)動(dòng)器控制系統(tǒng)的優(yōu)劣。因此，步進(jìn)電機(jī)的出現(xiàn)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器也應(yīng)運(yùn)而生，它們的研究幾乎是同步的，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制的一個(gè)不可分割的整體。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般由脈沖信號(hào)發(fā)生器、環(huán)形分配器、倍號(hào)處理與放大、推動(dòng)級(jí)、功率馳動(dòng)、電流檢測(cè)與保護(hù)電路等組成，如圖1-2所示。

脈沖信號(hào)發(fā)生器用來(lái)產(chǎn)生一定的方波或三角波等，環(huán)形分配器用來(lái)接收外部控制脈沖，井按要求的順序產(chǎn)生控制步進(jìn)電機(jī)各相繞組導(dǎo)通和截止的信號(hào)，從而決定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向;信號(hào)處理是實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出信號(hào)的轉(zhuǎn)換、合成和放大等，如實(shí)現(xiàn)SPWM等特殊信號(hào):推動(dòng)級(jí)是對(duì)較小的信號(hào)進(jìn)行放大，從而足以推動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路:驅(qū)動(dòng)電路一般為雙極性驅(qū)動(dòng)電路，如H橋電路，以滿足定子磁極的極性交變;保護(hù)電路為過(guò)壓、欠壓、過(guò)溫保護(hù)等保護(hù)驅(qū)動(dòng)電路的安全。

1.2.1步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)

混合式步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)在發(fā)展和成熟的過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)各種各樣的驅(qū)動(dòng)電路、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)方式，其中包括單電壓驅(qū)動(dòng)、雙電壓驅(qū)動(dòng)、斬波恒流驅(qū)動(dòng)、調(diào)頻調(diào)壓奧動(dòng)和細(xì)分馭動(dòng)等。

  單電壓驅(qū)動(dòng)方式是指以一個(gè)恒定的電源電壓對(duì)工作中的電機(jī)繞組進(jìn)行供電。這種驅(qū)動(dòng)方式存在共振區(qū)，需要串大功串電阻，功耗大，高頻時(shí)帶載能力不高，但是其低頻響應(yīng)較好、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、應(yīng)用成本低廉

  雙電壓v動(dòng)的方式是電路使用高低壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，在導(dǎo)通前以高電壓供電來(lái)提高電流的上升率，當(dāng)上升到額定電流時(shí)，利用低電壓和低壓功率管給電機(jī)繞組進(jìn)行供電，以維持額定電流的大小。這種驅(qū)動(dòng)方式低頻時(shí)嗓音大，共振現(xiàn)象仍然存在。

  斬波恒流驅(qū)動(dòng)是目前步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用.廣泛的驅(qū)動(dòng)方式之一，這種驅(qū)動(dòng)方式以比電機(jī)額定電壓高得多的電壓供電，以加快繞組電流上升和衰減的速度，通過(guò)斬波的方式使電機(jī)繞組電流在高低頻及頓定等工作狀態(tài)中都保持領(lǐng)定值。這種方式提高了輸出轉(zhuǎn)矩，墓本消除了低頻共振現(xiàn)象.

  調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)了電機(jī)在低速時(shí)繞組電流上升前沿較平緩的特性，從而降低了低頻振動(dòng)。其荃本思想是在驅(qū)動(dòng)電路中增加比較電路和調(diào)壓電路，使電機(jī)運(yùn)行在低頻時(shí)使用低電壓馭動(dòng)，高頻時(shí)使用高電壓驅(qū)動(dòng)。這種驅(qū)動(dòng)方式能在較寬的頻率范圍內(nèi)運(yùn)行，矩頻特性也較好，但是線路比較復(fù)雜，而且針對(duì)不同的步進(jìn)電機(jī)，需要輸出電壓與輸入控制脈沖頻率的特性進(jìn)行重新調(diào)整。

1.2.2細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)

  電機(jī)固有步距角”細(xì)分成若干小步的驅(qū)動(dòng)方法，稱為細(xì)分驅(qū)動(dòng)，細(xì)分是通過(guò)驅(qū)動(dòng)器精確控制步進(jìn)電機(jī)的相電流實(shí)現(xiàn)的，與電機(jī)本身無(wú)關(guān)。其原理是，讓定子通電相電流并不一次升到位，而斷電相電流并不一次降為0（繞組電流波形不再是近似方波，而是N級(jí)近似階梯波），則定子繞組電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)合力，會(huì)使轉(zhuǎn)子有N個(gè)新的平衡位置（形成N個(gè)步距角）

  外對(duì)細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)的研究十分活躍，高性能的細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路，可以細(xì)分到上千甚至任意細(xì)分。目前已經(jīng)能夠做到通過(guò)復(fù)雜的計(jì)算使細(xì)分后的步距角均勻一致，大大提高了步進(jìn)電機(jī)的脈沖分辨率，減小或消除了震蕩、噪聲和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，使步進(jìn)電機(jī)更具有“類伺服”特性。
對(duì)實(shí)際步距角的作用：在沒(méi)有細(xì)分驅(qū)動(dòng)器時(shí)，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來(lái)滿足自己對(duì)步距角的要求。如果使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，則用戶只需在驅(qū)動(dòng)器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以大幅度改變實(shí)際步距角，步進(jìn)電機(jī)的‘相數(shù)’對(duì)改變實(shí)際步距角的作用幾乎可以忽略不計(jì)。
  細(xì)分技術(shù)與步進(jìn)電機(jī)精度提高的關(guān)系：步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分技術(shù)實(shí)質(zhì)上是一種電子阻尼技術(shù)，其主要目的是減弱或消除步進(jìn)電機(jī)的低頻振動(dòng)，提高電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)精度只是細(xì)分技術(shù)的一個(gè)附帶功能。細(xì)分后電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)每一個(gè)脈沖的分辨率提高了，但運(yùn)轉(zhuǎn)精度能否達(dá)到或接近脈沖分辨率還取決于細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分電流控制精度等其它因素。不同廠家的細(xì)分驅(qū)動(dòng)器精度可能差別很大；細(xì)分?jǐn)?shù)越大精度越難控制。細(xì)分對(duì)驅(qū)動(dòng)器要有相當(dāng)高的技術(shù)要求和工藝要求，成本亦會(huì)較高。國(guó)內(nèi)有一些驅(qū)動(dòng)器采用對(duì)電機(jī)相電流進(jìn)行“平滑”處理來(lái)取代細(xì)分，屬于“假細(xì)分”，“平滑”并不產(chǎn)生微步，會(huì)引起電機(jī)力矩的下降。真正的細(xì)分控制不但不會(huì)引起電機(jī)力矩的下降，相反，力矩會(huì)有所增加。

細(xì)分是細(xì)分驅(qū)動(dòng)的其中方法，恒流的實(shí)現(xiàn)常用斬波驅(qū)動(dòng)，給定的電流是以正弦波分布。另一種為電壓細(xì)分，這種方法是比正弦波的電壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)的線圈，可以不需要反饋地實(shí)現(xiàn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)，但是由于電機(jī)的反電勢(shì)等的作用，正弦波電壓驅(qū)動(dòng)并不能產(chǎn)生正弦波的電流，效果沒(méi)有電流細(xì)分好，但是它的驅(qū)動(dòng)電路相對(duì)簡(jiǎn)單。

可以提高電機(jī)的步進(jìn)角分辨率，但是，這并不是細(xì)分驅(qū)動(dòng)的初衷，而是為了減緩步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程的震動(dòng)和噪聲，使電機(jī)的力矩輸出更平穩(wěn)。這像數(shù)碼相機(jī)的光學(xué)變焦和數(shù)字變焦的關(guān)系，提高步進(jìn)系統(tǒng)分辨率最好依靠電機(jī)本身和機(jī)械結(jié)構(gòu)。在工程應(yīng)用中，電機(jī)的細(xì)分?jǐn)?shù)可能不同，在低速時(shí)，可增大細(xì)分?jǐn)?shù)，當(dāng)速度增加時(shí)，減少細(xì)分?jǐn)?shù)。

1.3國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究現(xiàn)狀

外多年以來(lái)，隨著電力電子技術(shù)、微控制器技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)的飛速發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)和驅(qū)動(dòng)器的發(fā)展也十分迅速.20世紀(jì)60年代初期人們就開(kāi)始使用單電壓驅(qū)動(dòng)技術(shù)，隨后為了改變單電壓驅(qū)動(dòng)高頻特性又發(fā)明了高低壓驅(qū)動(dòng)技術(shù)。到20世紀(jì)70年代中期，人們發(fā)明了斬波驅(qū)動(dòng)技術(shù)，通過(guò)斬波使步進(jìn)電機(jī)繞組電流在電機(jī)工作時(shí)都保持恒定，增大了步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，基本消除了低頻共振現(xiàn)象。之后人們又提出了對(duì)步進(jìn)電機(jī)步距角細(xì)分的驅(qū)動(dòng)方式，以及在此基礎(chǔ)上依托于現(xiàn)今先進(jìn)的單片機(jī)技術(shù)、DSP技術(shù)和FPGA技術(shù)又產(chǎn)生電流矢量恒幅均勻旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)技術(shù)和電壓空間矢量調(diào)制(SVPWM)驅(qū)動(dòng)技術(shù)

1975年，美國(guó)學(xué)者T.R首次在美國(guó)增量運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)步距角細(xì)分的控制方法。自此以后，步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，井在實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用叫.事實(shí)證明，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器利用細(xì)分驅(qū)動(dòng)方式能很好的解決步進(jìn)電機(jī)低頻振動(dòng)的問(wèn)腸，提高電機(jī)運(yùn)行的稱定性，加強(qiáng)了控制的靈活性，l2006年，英國(guó)利物浦約翰摩爾斯大學(xué)的學(xué)者提出的電壓空間矢PWM，分析了不同的空間矢盆SVPWM的五相逆變器及其應(yīng)用于正弦繞組分布的五相電動(dòng)機(jī)的情況. 2009年，寨國(guó)普密蓮國(guó)王理工學(xué)院設(shè)計(jì)井仿真了基于FPGA的多模式步進(jìn)電機(jī)激勵(lì)信號(hào)發(fā)生器。

此外，近幾年來(lái)，國(guó)外對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制還致力于對(duì)集成馭動(dòng)芯片的開(kāi)發(fā)。市場(chǎng)上涌現(xiàn)了一大批體積小、性能高的驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)集成芯片，如三洋公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的PMM8713,PMM8723, PMM8714. SGS公司生產(chǎn)的L297控制器和L298驅(qū)動(dòng)器，日本新電元工業(yè)公司生產(chǎn)的MTDI110(四相斬波驅(qū)動(dòng))和MTD2001(兩相、H橋、斬波驅(qū)動(dòng))、東芝公司生產(chǎn)的TB6560AHQ芯片以及MOTOROLA公司生產(chǎn)的SAA 1042(四相)姐動(dòng)芯片等r26]利用這些集成芯片，在加少盆的外圍電路，就可以完成對(duì)一個(gè)體積小、性能高、功能齊全的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)1521.雖然這些驅(qū)動(dòng)芯片有著很高的集成度和祖定性，但是難以對(duì)普通的步進(jìn)電機(jī)都適用，例如L297,L298芯片只含脈沖分配和電流斬波，控制方式有限;ALLEGRO公司的UCN5804芯片只適用于4相步進(jìn)電機(jī)等。

對(duì)于在集成驅(qū)動(dòng)芯片的開(kāi)發(fā)方面，國(guó)內(nèi)與國(guó)外一些商家合資，如與日本合作開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了THB7128. THB8128等驅(qū)動(dòng)芯片，但由于涉及到微電子技術(shù)、集成電路加工技術(shù)和電力電子技術(shù)的前沿技術(shù)，尤其是相對(duì)國(guó)外先進(jìn)的控制算法，如空間圓弧插補(bǔ)、PVT算法、樣條插補(bǔ)、反向運(yùn)動(dòng)學(xué)算法、速度前瞻和軌跡擬合等1311國(guó)內(nèi)存在一定的差距。

1.4課題研究的目的

步進(jìn)電機(jī)作為一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，它利用接收到的脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按預(yù)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，可以通過(guò)控制脈沖數(shù)來(lái)達(dá)到精確定位的目的，同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。目前，步進(jìn)電機(jī)尤其是兩相混合式步進(jìn)電機(jī)已廣泛應(yīng)用在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，而且需求A與日俱增.另外，步進(jìn)電機(jī)的工作豁要使用專用的控制設(shè)備進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的性能除了受本身性能的影響外，還取決于驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)劣。因此.市場(chǎng)上對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的需求也將越來(lái)越大，而且對(duì)其性能要求也越來(lái)越高.                目前，市場(chǎng)上的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器存在以下問(wèn)皿:

    1)目前兩相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器一般都是單電機(jī)奧動(dòng)器，即一個(gè)驅(qū)動(dòng)器只能驅(qū)動(dòng)一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，這祥對(duì)于需耍應(yīng)用多臺(tái)步進(jìn)電機(jī)的場(chǎng)合，需要購(gòu)買(mǎi)多臺(tái)驅(qū)動(dòng)器，加大了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本和空間結(jié)構(gòu)的體積。

    2)目前市場(chǎng)上的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)兩相混合式步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高轉(zhuǎn)速一般限制在500r/min以內(nèi)，轉(zhuǎn)速再高時(shí)電機(jī)扭矩已經(jīng)很小.不足以帶動(dòng)較大的負(fù)載，因此使用范圍將受到大幅的限制.

    3)現(xiàn)有的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分馳動(dòng)器馳動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)仍存在低頻振動(dòng)和高頻失步的問(wèn)題，嚴(yán)重影晌了步進(jìn)電機(jī)的使用穩(wěn)定性和精度。針對(duì)以上問(wèn)題，開(kāi)發(fā)一欲新型的能滿足2路以上(最多4路)輸出的高精度與高穩(wěn)定性的兩相混合步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器將很有必要而且很有愈義和市場(chǎng)前景。本課壓項(xiàng)目就是由此而來(lái)的，課題的研究最終目的就是設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)一欲具有高精度與高穩(wěn)定性的2路以上(最多4路)輸出的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，適用于28-57系列的兩相混合步進(jìn)電機(jī)，且能運(yùn)行穩(wěn)定，電機(jī)定位精度高、高速輸出扭矩恒定。

第2章  高壓隔離開(kāi)關(guān)的運(yùn)行

本課題以STM32FI03RST6單片機(jī)為核心控制器件，實(shí)現(xiàn)2路以上(最多4路)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)。硬件部分由外部脈沖、方向、使能信號(hào)的輸入隔離與濾波處理電路，按鍵液晶的處理單元，驅(qū)動(dòng)功放電路、相電流的采樣反饋電路、過(guò)溫過(guò)流保護(hù)電路以及電派處理電路等組成，并由按健和，2864液晶對(duì)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流、細(xì)分?jǐn)?shù)等參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。軟件部分主要由外部脈沖輸入中斷、基于電流矢里恒幅均勻旋轉(zhuǎn)的PWM輸出脈寬移相調(diào)整、相電流采樣與PI調(diào)節(jié)等組成。

2.1 對(duì)運(yùn)行中高壓隔離開(kāi)關(guān)的要求

項(xiàng)目要求的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器應(yīng)實(shí)現(xiàn)如下的功能:

(1)驅(qū)動(dòng)的電機(jī)數(shù)I，通過(guò)擴(kuò)展可同時(shí)塑動(dòng)4路24-57系列四線制兩相混合式步進(jìn)電機(jī)。

2)輸入電壓能適用于針對(duì)不同的步進(jìn)電機(jī)所選用的不同供應(yīng)電渾電壓，輸入電壓范圍 限布組為24-64V.

3)輸出電流能針對(duì)不同的步進(jìn)電機(jī)對(duì)相電流在4.8A范困內(nèi)可調(diào)，通過(guò)液晶和按鍵處理，調(diào)整定時(shí)器輸出PWM的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn).

4)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)細(xì)分?jǐn)?shù)實(shí)現(xiàn)1, 2. 4. 8, 16. 32. 64, 128每路可調(diào)，通過(guò)液晶和按鏈處理實(shí)現(xiàn)。

5)電路含有過(guò)壓、欠壓、過(guò)沮、過(guò)流、電機(jī)繞組開(kāi)路.通過(guò)指示燈以及液晶顯示進(jìn)行區(qū)別.過(guò)流、過(guò)壓或過(guò)沮(大于電流、電壓、工作沮度最大奮數(shù)的20%%)時(shí)自動(dòng)關(guān)斷輸出，過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)后需重新上電才可恢復(fù)，過(guò)溫時(shí)當(dāng)沮度降到低到工作溫度 時(shí)可恢復(fù)工作狀態(tài)。

6)減流功能，通過(guò)按鍵和液晶設(shè)置，在電機(jī)空閑時(shí)電流自動(dòng)降為運(yùn)行電流的50010.

7）乃智能報(bào)錯(cuò)信號(hào)輸出，任一路有過(guò)壓、欠壓、過(guò)溫、過(guò)流、電機(jī)繞組開(kāi)路、程序跑等報(bào)警時(shí)，有指示燈以及液晶顯示輸出.

2.2 驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)硬件構(gòu)架

項(xiàng)目設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)以STM32FI03R8T6單片機(jī)為主控制器，包含按鍵輸入、LCD顯示、RC濾波電路、光電隔離電路、保護(hù)電緯、“橋驅(qū)動(dòng)功放電路和電源處理電路等。系統(tǒng)預(yù)先將步進(jìn)電機(jī)每走一微步所對(duì)應(yīng)的各相電流占空比寄存器值存于各單片機(jī)中.山按鍵及液品設(shè)定步進(jìn)電機(jī)、細(xì)分?jǐn)?shù)、相電流幅值以及自動(dòng)減流參數(shù)等，由單片機(jī)定時(shí)器自動(dòng)產(chǎn)生多路PWM信號(hào)(舟路步進(jìn)電機(jī)對(duì)應(yīng)4路PWM信號(hào)).再對(duì)采樣電阻采樣的反饋電流在程序進(jìn)行P1調(diào)節(jié)處理，調(diào)竹單片機(jī)發(fā)出的PWM信號(hào)的占空比，從而調(diào)節(jié)電流的大小，驅(qū)動(dòng)功率驅(qū)動(dòng)電路.實(shí)現(xiàn)閉環(huán)跟蹤控制，可通過(guò)外部脈沖、方向、使能等信控制各步進(jìn)電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)和啟停。硬件系統(tǒng)框圖如圖2-1所示。

2.3兩相混合步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器軟件系統(tǒng)構(gòu)架

軟件設(shè)計(jì)遵服“模塊化”設(shè)計(jì)原則，主要包含系統(tǒng)初始化模塊、參數(shù)設(shè)定及LCD顯示模塊、調(diào)用占空比寄存器班細(xì)分表模塊、定時(shí)器PWM配置模塊、AD采樣模塊以及等P1調(diào)節(jié)模塊等。

采樣模塊主要用來(lái)對(duì)步進(jìn)電機(jī)各相電流進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣反饋，如果采樣電流偏離預(yù)期值過(guò)大則由報(bào)普模塊提供報(bào)普信號(hào)由LCD輸出，井且實(shí)施相應(yīng)的措施，如切斷定時(shí)器輸出等。  PI調(diào)節(jié)模塊用來(lái)對(duì)步進(jìn)電機(jī)各相電流的AD采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理比較，從而調(diào)整占空比寄存器的值，使輸出電流能達(dá)到預(yù)期電流的效果。軟件系統(tǒng)構(gòu)如圖2-2所示。

擴(kuò)展模塊是通過(guò)按鍵和液晶進(jìn)行擴(kuò)展設(shè)定，設(shè)定之后使定時(shí)器2和定時(shí)器3也作為PWM輸出，用來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行。

第三章 兩相混合步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的硬件構(gòu)成

   本章基于以上章節(jié)的分析以及從實(shí)踐角度的考慮，對(duì)兩相混合步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的硬件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)的芯片進(jìn)行選型，進(jìn)而給出了硬件各個(gè)模塊的功能及實(shí)現(xiàn)方法。

目前，市場(chǎng)上用于步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器開(kāi)發(fā)的MCU主要包含DSP, FPGA和單片機(jī)。雖然DSP和FPGA芯片有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和高速的運(yùn)行速度，但是其價(jià)格都比較昂貴，因此，基于成本考慮，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)一般以含有高數(shù)據(jù)處理能力16位和32位的單片機(jī)為主，常見(jiàn)的如STM32F增強(qiáng)型系列和PIC系列單片機(jī)等。驅(qū)動(dòng)電路一般以驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)H橋的構(gòu)架為主，目前市場(chǎng)是越來(lái)越多集成的專用步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊，將驅(qū)動(dòng)芯片和H橋集成在一個(gè)芯片當(dāng)中，雖然在使用時(shí)很方便，但是這種芯片一般都有一定的限制性，而且成本較高，同時(shí)會(huì)降低驅(qū)動(dòng)器的適用性。因此，結(jié)合低成本、高功能、足夠的技術(shù)儲(chǔ)備、短暫的開(kāi)發(fā)周期等原則，本課題采用STM32F增強(qiáng)型系列單片機(jī)作為主MCU.采用分立元件搭建驅(qū)動(dòng)電路。

3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

STM32F103R8T6屬于中等容量增強(qiáng)型.32位基于ARM最新的Cortex-M3內(nèi)核.帶64 K字節(jié)閃存的微控制器，含有USB. CAN. 4個(gè)定時(shí)器、2個(gè)ADC、9個(gè)通信接口等豐畜的外設(shè)接口，具有價(jià)格低廉、運(yùn)行速度快、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)，因此在電機(jī)控制方面有著廣泛的應(yīng)用。

單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)含有內(nèi)部振蕩時(shí)鐘和外部振蕩時(shí)鐘，STM32FI03R8T6單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)鐘的選擇是在啟動(dòng)時(shí)進(jìn)行.復(fù)位時(shí)內(nèi)部8MIlz的RC振蕩器被選為默認(rèn)的CPU時(shí)鐘，隨后可以選樣外部的、具失效監(jiān)控的4-16MIIz時(shí)鐘.品振電路就足為了給單片機(jī)提供一個(gè)統(tǒng)一的外部時(shí)鐘信號(hào)，以供單片機(jī)實(shí)現(xiàn)同步工作方式。根據(jù)單片機(jī)的數(shù)據(jù)手冊(cè)建議.在引腳OCS IN和OCS OUT之間跨接一個(gè)8M的晶體振蕩器和兩個(gè)20p的微調(diào)電容，從而構(gòu)成晶體振蕩電路。

3.2電源處理電路設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)器的供電電壓為24V-64V，針對(duì)不同的步進(jìn)電機(jī)使用不同的電源電壓。而驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部電路需要的電壓值有12V, 5V, 3.3V. 驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)要求的愉出電流最高位4.8A，電源芯片采用LM2596和LM 1117-3.3。因?yàn)長(zhǎng)M2596的最高輸入電壓為40V，而驅(qū)動(dòng)器的電源電壓要求能達(dá)到64V，所以在電源輸入端與LM2596之間再加一個(gè)TIP122作為限壓緩沖，TIP122的輸出電流能達(dá)到8A.滿足系統(tǒng)要求. LM25%的輸出電流能達(dá)到3A.因此能滿足足夠的馭動(dòng)能力。LM1117-3.3 產(chǎn)生3.3V電壓用來(lái)給單片機(jī)供電。

過(guò)壓保護(hù)通過(guò)TIP122,穩(wěn)壓二極管1N4749A和限流電限進(jìn)行實(shí)現(xiàn).TIP122的愉入耐壓能達(dá)到IOOV.歧大電流8A. 1N4749A的標(biāo)稱電壓為24V，將電源電壓穩(wěn)壓到24V后給后續(xù)的LM2596供電，而電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓由電源電壓直接提供。過(guò)流保護(hù)采用常規(guī)的保險(xiǎn)絲方式，保險(xiǎn)絲選用自恢復(fù)式保險(xiǎn)趁。反接保護(hù)采用反接二極管到地的方式，當(dāng)電源反接時(shí)，二極管導(dǎo)通，電流直接經(jīng)過(guò)二極管和保險(xiǎn)絲，而不經(jīng)過(guò)后級(jí)系統(tǒng)，以起到保護(hù)作用。

3.3 保護(hù)電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)保護(hù)電路包括過(guò)壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、相電流過(guò)流保護(hù)和過(guò)溫保護(hù)等. 電源電壓的過(guò)壓和過(guò)流保護(hù)采用穩(wěn)壓二極竹和自恢復(fù)保險(xiǎn)性進(jìn)行處理，詳見(jiàn)電源處理電路設(shè)計(jì)部分。欠壓保護(hù)通過(guò)單片機(jī)內(nèi)置的供電槍淵器進(jìn)行檢測(cè)判斷.以軟件處理來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)的保護(hù)。Mt1電流過(guò)流保護(hù)通過(guò)對(duì)采樣電流進(jìn)行處理與設(shè)定電流位進(jìn)行比較，通過(guò)比較結(jié)果控制電路的工作狀態(tài)。

   過(guò)濫保護(hù)電路通過(guò)溫度傳感器LM35CZ來(lái)實(shí)現(xiàn)，LM35CZ是枯密的攝氏溫度傳感器.其愉出電壓線性的與溫度成正比，額定溫度范圍達(dá)到-55℃-1500℃，功耗低于605A。通過(guò)LM35CZ對(duì)驅(qū)動(dòng)器溫度進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，再將電壓信號(hào)進(jìn)行灘波放大后與預(yù)設(shè)電壓進(jìn)行比較，從而控制10口的電平信號(hào)，檢測(cè)是否過(guò)溫，從而控制單片機(jī)的輸出狀態(tài)。

第4章  兩相混合步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的軟件設(shè)計(jì)

本課題以STM32FI03RST6單片機(jī)為核心控制器件，實(shí)現(xiàn)2路以上(最多4路)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)。硬件部分由外部脈沖、方向、使能信號(hào)的輸入隔離與濾波處理電路，按鍵液晶的處理單元，驅(qū)動(dòng)功放電路、相電流的采樣反饋電路、過(guò)溫過(guò)流保護(hù)電路以及電派處理電路等組成，并由按健和，2864液晶對(duì)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流、細(xì)分?jǐn)?shù)等參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。軟件部分主要由外部脈沖輸入中斷、基于電流矢里恒幅均勻旋轉(zhuǎn)的PWM輸出脈寬移相調(diào)整、相電流采樣與PI調(diào)節(jié)等組成。

4.1 系統(tǒng)初始化及主流程求

系統(tǒng)初始化包括對(duì)系統(tǒng)主時(shí)鐘、總線時(shí)鐘AP13I與APB2的配置，GPIO端口輸入輸出功能的配置，MOA通道的配置等.首先，通過(guò)按跳及液晶對(duì)各步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，參數(shù)設(shè)定保存后需要讓系統(tǒng)進(jìn)行自檢.系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的參數(shù)以60r/min的轉(zhuǎn)速讓電機(jī)正反轉(zhuǎn)各跑兩圈.以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的自檢。在自檢過(guò)程中.系統(tǒng)先根據(jù)設(shè)定值初步產(chǎn)生占空比寄存器位細(xì)分表.再通過(guò)AD采樣濾波檢測(cè)電機(jī)相電流位，通過(guò)軟件處理并調(diào)錐占空比細(xì)分表。

自檢完成后，保存細(xì)分表到/lash當(dāng)中。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí).由定時(shí)錯(cuò)TIM產(chǎn)生A相和相相位差90°的PWM信號(hào)，系統(tǒng)通過(guò)外部中斷口對(duì)上位機(jī)CP的上升沿信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)中斷處理.在中斷中調(diào)用自檢調(diào)整保存的細(xì)分表調(diào)9 PWM輸出信號(hào)的占空比值.從而驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行。系統(tǒng)再通過(guò)AD分時(shí)采樣各個(gè)電機(jī)電流信號(hào).通過(guò)中值濾波比較獲取電流偏差，根據(jù)電流偏差進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，重新調(diào)整細(xì)分表中的占空比寄存器值.

4.2占空比寄存器

本課題項(xiàng)目設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)器控制的步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行方向和繞組電流的大小實(shí)際由輸出的PWM占空比的大小來(lái)決定。假設(shè)PWM的周期為T(mén),高電平占用時(shí)問(wèn)為t.無(wú)死區(qū)時(shí)問(wèn).因此，PWM的占空比y=t/T，可得電機(jī)繞組平均電壓，其中，V為加在電機(jī)繞組上的電壓值.當(dāng)占空比為500/a時(shí)，在一個(gè)PWM周期內(nèi)平均電壓為。，平均電流歹IR也為。(R為電機(jī)繞組阻值)，電機(jī)不轉(zhuǎn).當(dāng)占空比高于50%時(shí)實(shí)現(xiàn)了繞組電流的反向，從而控制步進(jìn)電機(jī)繞組電流大小和方向，即控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的方向.

4.3 定時(shí)器PWM輸出配置

單片機(jī)在接收到上位機(jī)使能信號(hào)后，由單片機(jī)定時(shí)器模塊自動(dòng)產(chǎn)生頻率為20K, 占空比為50%的PWM信號(hào)，不影響其它程序的運(yùn)行。此時(shí)步進(jìn)電機(jī)屬于鎖住狀態(tài)，只有得到上位機(jī)CP脈沖后步進(jìn)電機(jī)才會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng).

第5章  關(guān)鍵技術(shù)處理

5.1解決超調(diào)與功率管發(fā)熱問(wèn)題的PWM機(jī)制優(yōu)化處理方法

為解決在驅(qū)動(dòng)器在電機(jī)繞組電流切換向時(shí)產(chǎn)生浪涌超調(diào)與功率管發(fā)熱的問(wèn)題，項(xiàng)目在驅(qū)動(dòng)電路續(xù)流方式上采用了緩慢續(xù)流棋式和快速續(xù)流模式混合的混合續(xù)流方式。所謂緩慢續(xù)流為兩個(gè)高端功率管(或兩個(gè)低端功率管)同時(shí)導(dǎo)通，低端功率管(成高端功率管)截止時(shí)，即在電機(jī)繞組短路時(shí)形成的續(xù)流，在此續(xù)流模式下，繞組電流波動(dòng)小電機(jī)相電流與設(shè)定電流接近，可以有效提商步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行性能，降低功率管的開(kāi)關(guān)損耗和磁滯損耗，減少發(fā)熱，但該模式在電機(jī)中高速運(yùn)行時(shí)，由于續(xù)流緩慢，造成負(fù)載電流不能快速下降而不能保證電流調(diào)節(jié)充分從而產(chǎn)生超調(diào)現(xiàn)象:快速續(xù)流摸式為當(dāng)一側(cè)的高端管(低端管)導(dǎo)通時(shí)，另一側(cè)的低端管(高端管)導(dǎo)通，電流通過(guò)兩個(gè)導(dǎo)通功率管及繞組對(duì)地形成快速放電模式，此模式一般用于電機(jī)快速運(yùn)行時(shí)，此時(shí)電流衰減快，產(chǎn)生的電流紋波大，步進(jìn)電機(jī)和高功率管發(fā)熱增加，因此，為保證對(duì)電流有效跟蹤反饋以及盡可能的降低開(kāi)關(guān)扭耗，項(xiàng)目選用混合續(xù)流模式，根據(jù)控制的搖要選擇快速或慢速續(xù)流模式，如下圖，定時(shí)器PWM輸出采用對(duì)中模式，這樣在占空比調(diào)節(jié)時(shí)電機(jī)一相二端電壓的高電平始終對(duì)齊，在一個(gè)周期內(nèi)，電機(jī)一相兩端的電壓同為高或低時(shí)(Q1與Q2導(dǎo)通或Q3與Q4導(dǎo)通)實(shí)現(xiàn)了慢速續(xù)流，一端為高電平一端為低電平時(shí)(Q1與Q4導(dǎo)通或Q3與Q2導(dǎo)通)實(shí)現(xiàn)了快速續(xù)流，整個(gè)周期實(shí)現(xiàn)了混合續(xù)流.

5.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)器可擴(kuò)展處理技術(shù)

一般設(shè)備對(duì)步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用往往是多臺(tái)應(yīng)用.為了降低因使用多個(gè)步進(jìn)電機(jī)的而增加的驅(qū)動(dòng)器的成本.課越設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的步進(jìn)電機(jī)馭動(dòng)可馭動(dòng)兩路電機(jī).經(jīng)過(guò)擴(kuò)展可最多驅(qū)動(dòng)4路步進(jìn)電機(jī)，以適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合。

系統(tǒng)的擴(kuò)展的只是擴(kuò)展了電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)與AD采樣部分，將功率驅(qū)動(dòng)與AD采樣部分做成模塊化結(jié)構(gòu).插到4本部分?jǐn)U展抽上。在荃本部分的擴(kuò)展枯上，留有征一路的馭動(dòng)信號(hào)，AD采樣返回俏號(hào)口.電源口.外部脈沖、方向、使能信號(hào)口以及數(shù)字地和模擬地接口。重要的是還有一個(gè)擴(kuò)展使能口。

第6章  結(jié)論

隨著社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展，尤其是隨著徽電子技術(shù)、電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，以工業(yè)自動(dòng)化代替人工的趨勢(shì)己經(jīng)越來(lái)越明顯，而步進(jìn)電機(jī)作為工業(yè)控制的一種執(zhí)行元件，機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一勢(shì)必將越來(lái)越受到人們的關(guān)注，其社會(huì)需求量將與日俱增。由于步進(jìn)電機(jī)必須使用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，因此對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的開(kāi)發(fā)也將其有重要念義和廣闊的市場(chǎng)前景。

    本文針對(duì)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行特性進(jìn)行和工作原理，指出了步進(jìn)電機(jī)與傳統(tǒng)9動(dòng)器在運(yùn)行當(dāng)中存在的共振、嗓聲和精度低的問(wèn)題，以及目前驅(qū)動(dòng)器所能馭動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)路數(shù)少、驅(qū)動(dòng)的電機(jī)種類少的問(wèn)題，提出了多路輸出的高精度和高艷定性的兩相混合步進(jìn)電機(jī)駱動(dòng)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案，采用電流矢t恒幅均勻旋轉(zhuǎn)的多細(xì)分控制技術(shù)，提高了兩相混合步進(jìn)電機(jī)的定位精度，降低了其在低速運(yùn)行時(shí)的低頻共振和嗓聲現(xiàn)象。使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、平滑，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多電機(jī)的輸出控制。

本課題針對(duì)目前步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用中所存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了具有高精度和高穩(wěn)定性的多路輸出兩相混合步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。課題設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)器硬件部分主要分為STM32F I03CST6單片機(jī)的核心處理電路、信號(hào)的輸入輸出隔離電路、按鍵液晶的處理單元、驅(qū)動(dòng)功放電路、相電流的采樣反饋電路、過(guò)沮過(guò)流保護(hù)電路以及電源處理電路等.同時(shí)，針對(duì)一個(gè)馳動(dòng)器可同時(shí)同步驅(qū)動(dòng)多個(gè)步進(jìn)電機(jī)的問(wèn)題，提出了步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器軟硬件設(shè)計(jì)上的關(guān)鍵技術(shù)的處理方案以及可擴(kuò)展多路輸出的控制處理方案。全文的展開(kāi)分為驅(qū)動(dòng)器的整體設(shè)計(jì)方案、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、關(guān)健技術(shù)處理以及調(diào)試處理等方面。首先對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的功能豁求進(jìn)行了分析，給出了驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)原理以及多路輸出兩相混合步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的總體設(shè)計(jì)構(gòu)架和系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案。然后對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)舒主控制芯片一--STM32FI03R8T6單片機(jī)進(jìn)行了介紹和研究，介紹了項(xiàng)目硬件設(shè)計(jì)中重要模塊的相關(guān)理論與技術(shù)，井進(jìn)行了硬件電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，同時(shí)分析了在硬件上如何對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行抗干擾的處理;在軟件設(shè)計(jì)上，遵循便于擴(kuò)展和便于維護(hù)的原則.采用“模塊化”設(shè)計(jì)的方法設(shè)計(jì)了系統(tǒng)軟件。

總之，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)等的發(fā)展和應(yīng)用，以及模糊控制等控制技術(shù)和策略的不斷涌現(xiàn)，為兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的控制技術(shù)又提供了新的方向，混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制將朝著數(shù)字化與智能化不斷發(fā)展，其應(yīng)用前景非常廣闊。