步進(jìn)電動機(jī)智能細(xì)分控制電路
屈衛(wèi)東 (西北工業(yè)大學(xué) 西安710072)
1引 言
細(xì)分方法是步進(jìn)電動機(jī)的一種重要驅(qū)動技術(shù)，它在不改變電機(jī)內(nèi)部參數(shù)、保持伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、定位方便等特點(diǎn)的同時，顯著改變了步進(jìn)電動機(jī)各種性能。本文采用正弦細(xì)分方式，在電機(jī)內(nèi)建立均勻的圓形旋轉(zhuǎn)磁場，各相繞組電流的合成矢量在空間作等幅旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子跟隨電流矢量，可停留于電流矢量所決定的任意位置上，通過控制電流合成矢量得到轉(zhuǎn)子運(yùn)動的速度及位置。
在許多工業(yè)場合，即要求電機(jī)運(yùn)動高速快捷，又要低速平穩(wěn)，例如在機(jī)械加工中，需要低速進(jìn)行切削工件，保證工件工藝要求，又要在其他方式中，提高速度滿足工作效率。盡管交流伺服電機(jī)能夠滿足上述要求，但價格高，控制電路復(fù)雜，而步進(jìn)電機(jī)成本低、工作可靠、控制簡單，深得用戶的歡迎，通常步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動是步進(jìn)的，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角θ與時間t的函數(shù)關(guān)系不是線性的，轉(zhuǎn)子從一個平衡點(diǎn)到另一個平衡點(diǎn)時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速θ在各點(diǎn)都不相同，有過沖和振蕩。尤其是低速時，這種現(xiàn)象更為明顯，解決方法之一是將一個步距角細(xì)分n微步，每一驅(qū)動脈沖電機(jī)走一微步，隨著n的增加，過沖和振蕩現(xiàn)象逐漸消失，電機(jī)轉(zhuǎn)動完全均勻。文獻(xiàn)2采用軟硬件互補(bǔ)的方式，即在高頻時采用硬件微步驅(qū)動系統(tǒng)，低頻時用軟件微步驅(qū)動提高運(yùn)行平穩(wěn)性。根據(jù)工作要求，由單片機(jī)控制電機(jī)在某種細(xì)分方式工作，但它沒有考慮兩段之間速度銜接的平穩(wěn)性及調(diào)速范圍。
2驅(qū)動電路
驅(qū)動電路主要是要兼顧電機(jī)的平穩(wěn)性和快捷性，如圖1所示，輸出脈沖頻率等于步進(jìn)電機(jī)的****運(yùn)行頻率．fd，用脈沖下沿觸發(fā)可逆計(jì)數(shù)器4029到eprom的數(shù)據(jù)門，并且控制計(jì)數(shù)器的復(fù)位端。計(jì)數(shù)器起門限作用，當(dāng)時鐘脈沖超過nfd時，即電機(jī)處于臨界失步狀態(tài)，計(jì)數(shù)器輸出關(guān)閉4029時鐘輸入開關(guān)，保持電機(jī)在****頻率運(yùn)行而不失步。邏輯分配電路控制各相繞組通電方式及開關(guān)時序，低速時用四相雙四拍，高速用四相四拍控制。驅(qū)動放大包括三角波調(diào)制、比較、整形、放大和功率驅(qū)動部分。反饋部分包括電流檢測、放大、電平移動和校正環(huán)節(jié)。
驅(qū)動電路的特性：
(1)采取再循環(huán)式斬波調(diào)整電路，提高了系統(tǒng)效率，電機(jī)發(fā)熱降低。
(2)雙級斬波式驅(qū)動電路在任何時候都能精確控制繞組電流，使力矩輸出增大，運(yùn)行平穩(wěn)。
(3)電機(jī)靜止時，具有脈沖檢測的自動旁流系統(tǒng)，可降低驅(qū)動電流，使功耗最小。
(4)具有力矩提升功能，可在加速臨界點(diǎn)提高力矩。
(5)自動抗振電路可監(jiān)測振蕩的臨界點(diǎn)，并修正電流波形。
3結(jié)論
采用四相混合式步進(jìn)電機(jī)作為轉(zhuǎn)臺的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)臺與電機(jī)同軸聯(lián)接，根據(jù)轉(zhuǎn)臺的實(shí)際工作要求，選擇n=26，用激光精密檢測儀，記錄電機(jī)三種轉(zhuǎn)速的波動和電機(jī)的加減速。從圖2可見．隨轉(zhuǎn)速降低，電機(jī)波動變小。圖3表示電機(jī)加減速時，速度的銜接。整個電路簡單明了，實(shí)用可靠。經(jīng)現(xiàn)場檢驗(yàn)，滿足實(shí)際工作要求。
參考文獻(xiàn)
1 鐘仁人．步距角任意細(xì)分的步進(jìn)電動機(jī)電流波形的討論．微特電機(jī)，1996(3)
2范正翹．單片機(jī)控制的步進(jìn)電動機(jī)綜合微步驅(qū)動系統(tǒng)．微特電機(jī)，1996(3)
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