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步進(jìn)電機(jī)微步驅(qū)動(dòng)電路基本結(jié)構(gòu)
發(fā)布時(shí)間：2020-09-18 08:03:12
在傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)開環(huán)驅(qū)動(dòng)方式中，僅對(duì)相繞組電流進(jìn)行通斷控制，由此得到的電機(jī)繞組通電狀態(tài)組合的數(shù)目(每一通電循環(huán)中轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)步數(shù))是有限的，取決于電機(jī)相數(shù)；其機(jī)械步距角與電機(jī)相數(shù)和轉(zhuǎn)子齒數(shù)嚴(yán)格對(duì)應(yīng)。為得到不同的步距角必須改變電機(jī)結(jié)構(gòu)。在轉(zhuǎn)子齒數(shù)一定的條件下，增加相數(shù)才能提高電動(dòng)機(jī)的分辨率。例如五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)比二相電動(dòng)機(jī)增加了相數(shù)，提高了分辨率，許多運(yùn)行性能得到提高，成為一個(gè)獨(dú)立的系列產(chǎn)品。是否可以在不改變電機(jī)結(jié)構(gòu)的前提下，獲得更小的步距角呢?這可以通過改進(jìn)驅(qū)動(dòng)電路中對(duì)繞組電流的控制方式來實(shí)現(xiàn)，也就是微步驅(qū)動(dòng)技術(shù)。微步驅(qū)動(dòng)技術(shù)是一種電流波形控制技術(shù)。其基本思想是控制每相繞組電流的波形，使其階梯上升或下降，即在0和最大值之間給出多個(gè)穩(wěn)定的中間狀態(tài)，定子磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)過程中也就有了多個(gè)穩(wěn)定的中間狀態(tài)，對(duì)應(yīng)于電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的步數(shù)增多、步距角減小。采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)可以大大提高步進(jìn)電機(jī)的步矩分辨率，減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，避免低頻共振及降低運(yùn)行噪聲。
由上述說明可知，微步驅(qū)動(dòng)是跟蹤給定電流波形的相繞組電流閉環(huán)控制。控制電路根據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)的電流給定波形和輸入控制脈沖序列的狀態(tài)，實(shí)時(shí)給出當(dāng)前步各相繞組電流的給定值與電流反饋值比較，改變主電路MOSFET驅(qū)動(dòng)脈沖寬度，控制相繞組電流為給定值。圖5給出了微步驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)框圖。圖中EPROM用來存儲(chǔ)電流給定波形，循環(huán)加減計(jì)數(shù)器對(duì)輸入控制脈沖序列循環(huán)計(jì)數(shù)給出對(duì)應(yīng)于當(dāng)前步的EPROM存儲(chǔ)空間地址，EPROM輸出相應(yīng)的電流給定值數(shù)字量，經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換得到電流給定值模擬量，與反饋值比較得到當(dāng)前電流誤差值，該誤差值經(jīng)電流控制器、PWM控制單元的作用改變MOS—FET驅(qū)動(dòng)脈沖寬度，控制繞組電流為給定值。采用電流波形控制技術(shù)后，可以方便地實(shí)現(xiàn)微步驅(qū)動(dòng)。相數(shù)少的電動(dòng)機(jī)，也可以提高分辨率，在必要時(shí)可以很高，達(dá)到接近連續(xù)運(yùn)行控制器的狀態(tài)，稱為“類伺服”特性。微步驅(qū)動(dòng)是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的一次飛躍。微步驅(qū)動(dòng)技術(shù)推廣應(yīng)用以后，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)帶來了方便。為了獲得理想的分辨率，可以不受電動(dòng)機(jī)相數(shù)的限制。作為一種速度／位置開環(huán)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，微步驅(qū)動(dòng)也存在一些問題需要解決。首要的是如何事先給定合適的繞組電流波形，使電機(jī)在全頻域范圍內(nèi)獲得理想的轉(zhuǎn)矩特性并保證步距精度。
由微步驅(qū)動(dòng)的原理和工作過程可以看出，相繞組電流給定波形對(duì)微步驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的性能具有重要意義。一方面，我們希望電機(jī)步距角均勻，定位準(zhǔn)確；另一方面，希望電機(jī)系統(tǒng)能夠具有合適的輸出力矩特性，例如低頻恒轉(zhuǎn)距。在微步驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，這些性能要求都
需要通過給定合適的相繞組電流波形來實(shí)現(xiàn)。
由上述說明可知，微步驅(qū)動(dòng)是跟蹤給定電流波形的相繞組電流閉環(huán)控制。控制電路根據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)的電流給定波形和輸入控制脈沖序列的狀態(tài)，實(shí)時(shí)給出當(dāng)前步各相繞組電流的給定值與電流反饋值比較，改變主電路MOSFET驅(qū)動(dòng)脈沖寬度，控制相繞組電流為給定值。圖5給出了微步驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)框圖。圖中EPROM用來存儲(chǔ)電流給定波形，循環(huán)加減計(jì)數(shù)器對(duì)輸入控制脈沖序列循環(huán)計(jì)數(shù)給出對(duì)應(yīng)于當(dāng)前步的EPROM存儲(chǔ)空間地址，EPROM輸出相應(yīng)的電流給定值數(shù)字量，經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換得到電流給定值模擬量，與反饋值比較得到當(dāng)前電流誤差值，該誤差值經(jīng)電流控制器、PWM控制單元的作用改變MOS—FET驅(qū)動(dòng)脈沖寬度，控制繞組電流為給定值。采用電流波形控制技術(shù)后，可以方便地實(shí)現(xiàn)微步驅(qū)動(dòng)。相數(shù)少的電動(dòng)機(jī)，也可以提高分辨率，在必要時(shí)可以很高，達(dá)到接近連續(xù)運(yùn)行控制器的狀態(tài)，稱為“類伺服”特性。微步驅(qū)動(dòng)是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的一次飛躍。微步驅(qū)動(dòng)技術(shù)推廣應(yīng)用以后，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)帶來了方便。為了獲得理想的分辨率，可以不受電動(dòng)機(jī)相數(shù)的限制。作為一種速度／位置開環(huán)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，微步驅(qū)動(dòng)也存在一些問題需要解決。首要的是如何事先給定合適的繞組電流波形，使電機(jī)在全頻域范圍內(nèi)獲得理想的轉(zhuǎn)矩特性并保證步距精度。
由微步驅(qū)動(dòng)的原理和工作過程可以看出，相繞組電流給定波形對(duì)微步驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的性能具有重要意義。一方面，我們希望電機(jī)步距角均勻，定位準(zhǔn)確；另一方面，希望電機(jī)系統(tǒng)能夠具有合適的輸出力矩特性，例如低頻恒轉(zhuǎn)距。在微步驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，這些性能要求都
需要通過給定合適的相繞組電流波形來實(shí)現(xiàn)。
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