裝備自動(dòng)定向系統(tǒng)中步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用
張志利
（第二炮兵工程學(xué)院，陜西西安710025）
摘要：在簡(jiǎn)要介紹一種基于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制的自動(dòng)化定向系統(tǒng)技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，著重分析了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)高精度細(xì)分設(shè)計(jì)中的幾個(gè)具體技術(shù)問(wèn)題．
關(guān)鍵詞：定向，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)i細(xì)分f零位漂移
中圖分類(lèi)號(hào)：tm383.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：1001-6848(200(7)02-0025-04
1引 言
某裝備方位定向采用的是手動(dòng)控制方案，操作繁瑣，人為干擾因素多，同時(shí)，由于其方位定向精度要求很高（幾個(gè)角秒），而執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣性很大，且存在零位死區(qū)，故定向操作占用時(shí)間太長(zhǎng)，在一定程度上制約了該裝備的快速反應(yīng)能力，因此，設(shè)計(jì)出技術(shù)可行、精度滿足要求、操作時(shí)間短的自動(dòng)定向系統(tǒng)意義重大。
2 自動(dòng)定向系統(tǒng)技術(shù)方案
新設(shè)計(jì)的裝備自動(dòng)定向系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、細(xì)分控制電路、光電經(jīng)緯儀、信號(hào)處理電路、a/d轉(zhuǎn)換電路、轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)和直角反射棱鏡等部分組成，其原理組成框圖如圖1所示。
由光電經(jīng)緯儀發(fā)出的一束平行光照射到與轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)固聯(lián)的直角反射棱鏡上，如果反射光束平行或重合于出射光束，則表明裝備處于所要求的射向上。如果反射光束與出射光束木平行，則此時(shí)反射光信號(hào)由安裝在光電經(jīng)緯儀內(nèi)的光電接收器件接收，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，送至信號(hào)處理電路，經(jīng)放大濾波后輸入至ald轉(zhuǎn)換電路，計(jì)算機(jī)進(jìn)行比較處理后計(jì)算出步進(jìn)電機(jī)應(yīng)旋轉(zhuǎn)的方向和步數(shù)，送至細(xì)分控制電路進(jìn)行處理，以控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)平臺(tái)和棱鏡一同旋轉(zhuǎn)，直至偏差信號(hào)為零，此時(shí)裝備定向于所要求的射向上。
3步進(jìn)電機(jī)細(xì)分電路設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題
由于裝備方位定向要求在士5的方位角內(nèi)，這就要求步進(jìn)電機(jī)細(xì)分后的微步距角應(yīng)不大于10，但從了解到的情況看，均達(dá)不到這一要求，因此必須研制出新的精度更高的細(xì)分控制系統(tǒng)，以確保自動(dòng)定向系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。
3.1步進(jìn)電機(jī)高精度細(xì)分電路設(shè)計(jì)
為了實(shí)現(xiàn)高精度定向，對(duì)步進(jìn)電機(jī)步距角進(jìn)行高分辨率細(xì)分十分關(guān)鍵，也是本系統(tǒng)的難點(diǎn)所在。對(duì)步進(jìn)電機(jī)的步距角進(jìn)行細(xì)分是通過(guò)改變步進(jìn)電機(jī)相電流的方法實(shí)現(xiàn)的。一般的細(xì)分方法只改變某一相的電流，如圖2a所示。這種方法的缺陷是電流合成矢量的幅值是不斷變化的，使步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩亦隨之變化，從而引起滯后角的變化，最終就影響了細(xì)分?jǐn)?shù)的增加，即限制了分辨率的提高。為了能夠從根本上解決這個(gè)問(wèn)題，我們采用“電流矢恒幅均勻旋轉(zhuǎn)的細(xì)分方法。采用這種方法時(shí)，電流合成矢量的旋轉(zhuǎn)示意圖如圖2b所示，其主要特點(diǎn)是同時(shí)改變兩相電流的大小，使電流合成矢量等幅均勻旋轉(zhuǎn)。這種方式可稱(chēng)為步進(jìn)電機(jī)的模擬運(yùn)行，它是一種基于交流同步電機(jī)概念的特殊細(xì)分技術(shù)，實(shí)質(zhì)是對(duì)運(yùn)行于交流同步電機(jī)狀態(tài)的步進(jìn)電機(jī)所受控的交流模擬信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)細(xì)分，即每個(gè)細(xì)分點(diǎn)對(duì)應(yīng)于一個(gè)交流值。當(dāng)細(xì)分?jǐn)?shù)相當(dāng)大時(shí)，電機(jī)繞組的電流信號(hào)就逼近模擬連續(xù)信號(hào)。這種細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)可以極大地提高步進(jìn)電機(jī)的分辨率和運(yùn)行穩(wěn)定性。
 裝備自動(dòng)定向系統(tǒng)選用的是四相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其細(xì)分控制電路主要由環(huán)形分配器、細(xì)分控制函數(shù)發(fā)生器、三角波發(fā)生器、電流調(diào)節(jié)器、脈寬調(diào)制電路pwm、電流取樣電路、功率橋和電源等部分組成。其中，環(huán)形分配器包括4塊cc4516二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器和1塊高輸入阻抗雙運(yùn)放tl082細(xì)分控制函數(shù)發(fā)生器包括4塊eprom(27256)、4塊8位d/a轉(zhuǎn)換芯片dac0832、1塊雙四選一模擻開(kāi)關(guān)和6片高精度單運(yùn)放op07，2塊dac0832通過(guò)op07電路的級(jí)連構(gòu)成-16位d/a轉(zhuǎn)換電路，有效地節(jié)省了研制費(fèi)用，達(dá)到了良好的效果。電流取樣方式采用了電阻合成取樣方式，有效地抑制了零位溫度漂移。
步進(jìn)電機(jī)細(xì)分控制電路的簡(jiǎn)要工作過(guò)程是，計(jì)算機(jī)送出的脈沖信號(hào)經(jīng)環(huán)形分配器中的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)與分配，送到細(xì)分控制函數(shù)發(fā)生器，產(chǎn)生大小正式于控制參數(shù)z的正、余弦函數(shù)的兩 |
