基于DSP的混合式步进电机细分驱动器的设计.pdf

伺服驱动系统及其应用 基于DSP的混合式步进电机细分驱动器的设计 华中科技大学控制科学与工程系 尹 泉 涂 敏 摘 要：本文以三相混合式步进电机为控制对象，分析了脉冲细分驱动原理，建立 了比较理想的步进电机数学模型，并根据数学模型提出了相应的控制方案，以数字 信号处理器DSP为核心，设计了三相混合式步机电机驱动系统的硬件和软件。仿真 和实验结果证明所采用的控制方案是可行的。 关键词：三相混合式步进电机 脉冲细分 步进电机数学模型 数字信号处理器 引言 机 的低频振荡和失步现象，获得接近 分驱动的基本原理。图l为三相双六拍 步进电动机是工业控制 中应用十 于伺服电机 的性能，具有很高的性价 三细分的各相电流波形图 。由于各相 分广泛 的一种 电动机 。它的主要优点 比… 。 电流是以1／3的幅度上升或下降的，原 是，具有较高的定位精度，无位置积累 来一步所转过的角度将分三步完成， 误差，并且特有 的开环运行机制，这大 脉冲细分驱动的原理 步距角等于不细分时的1／3。 大减少系统成本，可 以获得接近 闭环 步进电机的驱动是通过轮流给步 - 控制的 良好性能。但是，步进 电动机运 进电机 的各相励磁绕组通以电流，实 ． 行工况存在许多不足之处，如低频振 现步进电机 内部磁场合成方 向的变化 、 rr厂f 荡、噪声大、分辨率不高、驱动系统可 来驱动步进电机，由于通过各相绕组 靠性差等 ，又严重制约了步进 电机的 的电流是个开关量 ，即绕组 中的电流 应用范围。为此，出现 了各种旨在提高 只有零和某～额定值两种状态 ，相应 r f， 步进电机运行性能的驱动技术 ，如高 的各相绕组产生的磁场也是一个开关 低压驱动、调频调压驱动、斩波恒流驱 量，只能通过各相 的通电组合来减小 动、细分驱动技术。根据混合式步进电 步距角，这样可达到的细分数很有限。 l ；l 动机 的结构特点，将交流伺服控制方 因此，要使可达到的细分数较大，就必 法引入混合式步进 电机控制系统中， 须能控制步进电机各相励磁绕组中的 图1三相双六拍三细分各相电流波形 使其可 以以任意步距角运行，显著改 电流，使其按阶梯上升或下降，即在零 善步进 电机 的运行性能。本文正是借 到最大相 电流之间能有多个稳定的中 当前步进 电机脉；中细分有多种形 鉴 了永磁交流伺服系统的控制方法 ， 间电流状态，相应的磁场矢量 幅值边 式，最佳 的控制方式是恒转矩等步距 研制了基于DSP的三相混合式步进 电 就存在多个 中间状态，这样相邻两相 角细分t5l6『】。对在空间上彼此相差2 机驱动器，运用空间矢量脉宽调制方 或多相的合成磁场