一種實用的步進電動機可變細分驅(qū)動控制器設(shè)計
李玲娟，劉景林，王燦
西北工業(yè)大學(xué)，陜西兩安710072)
摘要：分析了步進電動機的脈寬調(diào)制式細分驅(qū)動原理，針對二相混合式步進電動機，設(shè)汁了一種基于AT89c5l單片機的PwM恒轉(zhuǎn)矩可變細分驅(qū)動控制器，并詳細闡述r軟、硬件部分的實現(xiàn)方法實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)細分精度高、運行平穩(wěn)、噪聲小、性價比高且非常實用。
關(guān)鍵詞：單片機；混合式步進電動機；細分驅(qū)動；PwM
中圖分類號：TM383．6 文獻標識碼：A 文章編號；1004—7018(2008)09—0031—04
O引 言
混合式步進電動機集反應(yīng)式和永磁式步進電動機的優(yōu)點于一身，應(yīng)用非常普遍。它不能簡單地直接接到普通的交直流電源上運轉(zhuǎn)，而需要專門的驅(qū)動器，在電機本體選定的情況下，控制器的好壞很大程度上影響著整個系統(tǒng)的運行性能。本文所設(shè)計的控制器以兩相混合式步進電動機運行特性為出發(fā)點，以AT89C51單片機和DAC0832為核心，帶多檔位細分和恒流等功能。它與混合式步進電動機配套可以大大地改善步進電動機的運行性能，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，經(jīng)濟實用，通用性強。
1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述
系統(tǒng)由單片機控制電路、細分電路、斬波恒流電路、驅(qū)動與功率電路、邏輯綜合電路及保護電路組成。驅(qū)動器的控制核心采用AT89C51。AT89c51通過對輸入信號判斷比較，輸出存儲器中給定電流波形的控制信號，信號經(jīng)過DAc0832和放大器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬電壓信號，該信號和電機繞組中的電流經(jīng)過采樣電阻轉(zhuǎn)換成的電壓信號進行比較，若反
饋信號大于給定電壓，電路將功放管截止，反之使功放管導(dǎo)通來驅(qū)動步進電動機。D／A輸出不同的控制電壓，繞組中流過不同的電流值。結(jié)構(gòu)框圖如圖l所示。
圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
2脈寬調(diào)制式細分控制思想概述
兩相混合式步進電動機在低速運轉(zhuǎn)時存在振動和噪聲問題，這個缺點限制了它的應(yīng)用領(lǐng)域。在電機本體既定的情況下，我們可以通過采用先進的控制技術(shù)來克服電機運行過程中的這個問題。實驗表明．采用斬波恒流驅(qū)動技術(shù)，可以基本消除低頻共振現(xiàn)象．采用細分驅(qū)動技術(shù)也可減小振動和噪聲，并目．還可以提高電機的運轉(zhuǎn)精度。
在通常的步進電機驅(qū)動電路中，電機相繞組中通人的是方波信號，電流是跳變的。相應(yīng)地就使得電機在運行時存在明顯的步進感，步距角較大。而細分控制就是使繞組中通人的電流階梯狀上升或下降，這樣在每次脈沖切換時，繞組電流并不是突變的。額定電流分成多少次切換，轉(zhuǎn)子就以多少步來完成一個原有的步距角。本系統(tǒng)采用的是脈寬調(diào)制式細分控制，在圖1中實際上GAL環(huán)形分配器輸出的相控制信號并小是階梯波，而是脈寬調(diào)制信號(PwM)，PWM信號占空比越大，平均電流越火，不同占空比PWM信號相當(dāng)于相應(yīng)幅值的階梯波。、PWm信號控制功放管工作r開關(guān)狀態(tài)，調(diào)節(jié)功放管的導(dǎo)通時間，控制電機相繞組中平均電流的大小。微步距PWM信號發(fā)生電路的示意圖如圖2所示。
圖2微步距PwM信號發(fā)生電路示意圖
3硬件電路設(shè)計
3 1單片機主控單元和D／A轉(zhuǎn)換電路
單片機AT89C5l作為系統(tǒng)的主控單元，它接收外界按鍵給出的控制信號，包括細分檔位、運行脈沖頻率、正反轉(zhuǎn)和起／停等信號，然后輸出存儲器中相應(yīng)的細分電流控制信號，再經(jīng)過D／A轉(zhuǎn)換成模擬信號。
存儲器中的電流波形的數(shù)寧信號是這樣計算的：對n珂相混合式步進電動機，要同時改變兩相電流／IA和／IB的大�。闺娏骱铣墒噶康确鶆蛐D(zhuǎn)一所以細分控制函數(shù)采用下式：
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