步進(jìn)電動(dòng)機(jī)電流型驅(qū)動(dòng)的單管和雙管控制方式
程 智1，王宗培2
(1．珠海運(yùn)控電機(jī)有限公司，廣東珠海519001，2．哈爾濱工業(yè)大學(xué)，黑龍江哈爾濱15 0001)
摘要：對(duì)混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)電流型驅(qū)動(dòng)中的單管控制方式和雙管控制方式加以分析比較，指出了兩者的應(yīng)用原則，實(shí)際對(duì)比證實(shí)了文中的分析。
關(guān)鍵詞：電流型驅(qū)動(dòng)i單管控制l雙管控制
中圖分類號(hào)；tm301.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：1001-6848(2000)02-0015-03
1 引 言
對(duì)混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制主要體現(xiàn)為對(duì)其轉(zhuǎn)矩矢量的控制，而繞組電流直接與轉(zhuǎn)矩相關(guān)，因此可以說(shuō)混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)主要是電流的控制技術(shù)。電流型控制以其可靠性快速響應(yīng)特性而獲得廣泛的應(yīng)用，在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，電流型驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)也已成為當(dāng)今的主流。全h橋型主電路能方便地實(shí)現(xiàn)電流的雙極性控制，因此電流型的混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中廣泛采用了這種電路結(jié)構(gòu)。這種電路結(jié)構(gòu)在電流型控制的斬波關(guān)斷期間有兩種控制續(xù)流方式，即單管控制方式（僅關(guān)斷開(kāi)通對(duì)角線的上柝臂或下橋臂）和雙管控制方式（同時(shí)關(guān)斷開(kāi)通對(duì)角線上的上、下橋臂）。本文對(duì)這兩種續(xù)流方式加以分析，指出應(yīng)用原則，實(shí)例驗(yàn)證了文中的分析。
2單管控制方式和雙管控制方式
電流型驅(qū)動(dòng)的（二相）混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理詳見(jiàn)文[1]。為便于敘述，這里把有關(guān)電流回路示于圖1。ml、m2、m3、m4為主功率開(kāi)關(guān)，dl、d2、d3、d4為與之相關(guān)聯(lián)（可以為外加的亦可為功率管體內(nèi)復(fù)合）的續(xù)流二極管。l、r、越則分別表示相繞組的電感、電阻及旋轉(zhuǎn)電壓。圖中回路示開(kāi)關(guān)ml、m4開(kāi)通，電源y加到繞組上的通路；回路①則由續(xù)流二極管d2、d3、繞組支路l、r、及電源v構(gòu)成，表示當(dāng)回路⑨中電流超過(guò)設(shè)定電流值時(shí)，ml、m4關(guān)斷，繞組徑d2、d3向電源y回饋能量，發(fā)生續(xù)流；回路②由d2、m4及繞組支路l、r、u構(gòu)成，表示當(dāng)回路③中電流超過(guò)設(shè)定值時(shí)，僅ml關(guān)斷，繞組經(jīng)d2、m4續(xù)流。
容易得出回路①、②的回路方程分別為：
由式(1)、(2)知，當(dāng)考慮續(xù)流期間電流的交化規(guī)律時(shí)，需要考慮的因素有：電機(jī)自身的參數(shù)l、r、旋轉(zhuǎn)電勢(shì)系數(shù)點(diǎn)。（與相關(guān)）、續(xù)流方式、運(yùn)行頻率fm功放級(jí)電壓y及斬波頻率fpwm等。上述因素的不同組合決定了續(xù)流期間電流變化的規(guī)律，而不同的電流變化頻率直接影響著系統(tǒng)的運(yùn)行特性，主要是運(yùn)行平穩(wěn)性、效率、可靠性等。下面簡(jiǎn)述各因素對(duì)續(xù)流期間電流變化的影響：
(1)繞組電感己電阻r對(duì)續(xù)流的影響
當(dāng)假定其它因素不變時(shí)，式(1)、(2)為一階微分方程，其解的形式為：
易知這是一種指數(shù)衰減變化規(guī)律，l越大，r越小，電流衰減越慢，反之，電流衰減速度越快。
(2)續(xù)流方式對(duì)續(xù)流的影響
當(dāng)不考慮其它因素時(shí)，比較式(4)和(5)可看出雙管控制方式續(xù)流的100小于單管控制方式時(shí)，則由式(3)知雙管控制方式續(xù)流的電流衰減更快。因此，也有將雙管控制方式稱為快續(xù)流方式，而將單管控制方式稱為慢續(xù)流方式的。
(3)運(yùn)行頻率fcp對(duì)續(xù)流的影響
運(yùn)行頻率fcp主要影響旋轉(zhuǎn)電勢(shì)大小。一般隨運(yùn)行頻率升高，旋轉(zhuǎn)電勢(shì)幅值增大，但是由于步進(jìn)電機(jī)低頻運(yùn)行時(shí)呈不連續(xù)的步進(jìn)運(yùn)行狀態(tài)。因此其旋轉(zhuǎn)電勢(shì)波形較為復(fù)雜。但是從其包絡(luò)上看，仍是正弦分布。在空載時(shí)旋轉(zhuǎn)電勢(shì)波形超前于外加電壓或指令電流波形相角，且接近于2。隨著負(fù)載增大逐漸減小。旋轉(zhuǎn)電壓u與外加電壓（指令電流）相位示意圖如圖2所示。
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