基于dsp的混合式步進電動機細分控制研究

1、17第三章基于DSP的混合式步進電動機細分控制研究3.1引言步進電動機的細分驅(qū)動是通過控制各相繞組中的電流，使它們按一定的規(guī)律上升或下降，即在零電流到最大電流之間形成多個穩(wěn)定的中間電流狀態(tài)，相應(yīng)的合成磁場矢量的方向也存在多個中間狀態(tài)，且按細分步距旋轉(zhuǎn)。其中合成磁場矢量的幅值決定了步進電動機旋轉(zhuǎn)力矩的大小，合成磁場矢量的方向決定了細分后步距角的大小。步進電動機的細分控制理論自其產(chǎn)生已經(jīng)經(jīng)歷了近二十年的發(fā)展。過去由于受到電子元器件在開關(guān)頻率

2、、負(fù)載能力、運算速度等諸多方面的制約，很長一段時間細分控制的實際應(yīng)用很少。隨著微電子技術(shù)特別是單片機嵌入式系統(tǒng)及DSP技術(shù)的飛速發(fā)展以及現(xiàn)代電力電子技術(shù)的突飛猛進，步進電動機的細分控制也得到了充分發(fā)展。目前，步進電動機的細分驅(qū)動電路大多都由單片機控制，單片機控制的步進電動機細分驅(qū)動電路不僅減小了控制系統(tǒng)的體積、簡化了電路，同時進一步提高了細分精度和控制系統(tǒng)的智能化。隨著DSP技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，形成了交流電動機矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、無刷

3、直流電機控制、永磁同步電機矢量控制等多種先進、復(fù)雜的電機控制方式。形成了電動機控制領(lǐng)域的一次新的技術(shù)熱潮。本章基于DSP技術(shù)，結(jié)合步進電動機的細分控制理論實現(xiàn)了對混合式步進電動機的有效控制，并對其關(guān)鍵電路進行了設(shè)計。3.2兩相混合式步進電動機細分控制原理[24]3.2.1步進電動機角速度波動的特點步進電動機的平均轉(zhuǎn)速與控制脈沖頻率成正比，與邏輯通電狀態(tài)及轉(zhuǎn)子cf1N齒數(shù)成反比，即平均轉(zhuǎn)速：rZ(rs)(31)1crfnZN?則平均角速度

4、：(rads)(32)122crfnZN?????19(33)sincoseoaeobeTkiki?????兩相混合式步進電動機的距角特性為正弦曲線這一特性非常重要，它是步進電動機細分控制得以實現(xiàn)的理論基礎(chǔ)。當(dāng)轉(zhuǎn)子穩(wěn)定在某一位置時，即，則：0eT?(34)sincosaebeii???為了實現(xiàn)恒力矩驅(qū)動，并保持力矩輸出為最大值，假設(shè)A相電流的變化取三角函數(shù)關(guān)系，即：(35)cosamii??則：(3sinbmii??6)式中為電動機軸預(yù)

5、置位置的電角度。?則步進電動機的電磁轉(zhuǎn)矩式(33)可表示為：(37)sin()eomeTki????此時，兩相混合式步進電動機可以作為一臺多極兩相永磁同步電動機分析，如果轉(zhuǎn)子有個齒，則它的特性相當(dāng)于一臺(此例=8)個極的兩相同步電動機。rZ2p2p對于理想化模型（不計鐵心飽和的影響），兩相混合式步進電動機定子兩相分別通入模擬的正、余弦電流則可得到類似同步機的轉(zhuǎn)矩特性，使電動機均勻旋轉(zhuǎn)。微步驅(qū)動正是用有限的數(shù)字化電流模擬正余弦電流，從而得