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级定的情况下速度越高电机转速越快。
如果电机在高细分下高速旋转则脉冲频率就会很高,导致脉宽过小,使功率模块控制桥臂频繁开关,其结果是开关损耗大为增加,功率模块过热。
而高细分在步进电机高速旋转时其优势并不明显,所以在不影响电机运行精度的情况下,系统根据转速对细分精度在之间自动调节,使电机更加平稳可靠的运行。
图控制系统框图四硬件电路设计以四相反应式步进电机为例,最多只能实现二细分,对于相数较多的步进电机可达到的细分数稍大些,但也很有限。
因此要使可达到的数很大,就必须能控制步进电机各相励磁绕组中的电流,使其按阶梯上升或下降,即在零到最大电流之间能有多个稳定的中间电流状态,相应的磁场矢量幅值也就存在多个中间状态,这样,相邻两相或多相的全成磁场的方向也将有多个稳定的中间状态。
四相步进电机八细分时的各相电流是以的步距上升或下降的,在两相中间又插入了七个稳定的中间状态,原来步所转过的角度将由八步完成,实现了步距角的八细分。
由此可见,步进电机的细分驱动的关键在于细分步进电机各相励磁绕组中的电流。
本次设计采用四相步进电机八细分方案。
步进细分的系统构成波形存储器图图图中的二路选择器模块本次设计的步进电机系统是由计数器波形地址计数器波形存储器比较器功放电路等组成。
其中,计数器在脉宽时钟作用下递增计数,产生阶梯形上升的周期性的锯齿波,同时加载到各数字比较器的端波形输出的数据分最大或电压最高曲线电流最小或电压最低,曲线与负载的交点为负载的最大速度点。
要使平均电流大,尽可能提高驱动电压,使采用小电感大电流的电机。
电机的共振点步进电机均有固定的共振区域,二四相感应子式步进电机的共振区般在之间步距角度或在左右步距角为度,电机驱动电压越高,电机电流越大,负载越轻,电机体积越小,则共振区向上偏移,反之亦然,为使电机输出电矩大,不失步和整个系统的噪音降低,般工作点均应偏移共振区较多。
电机正反转控制当电机绕组通电时序为时为正转,通电时序为时为反转。
三驱动控制系统组成,可以使步进电机绕组电流细分达到,且细分数可以自动调节,极大地提高了控制精度和驱动器的集成度,减小了驱动器体积。
步进电机细分驱动原理步进电机的细分控制本质上是对步进电机励磁绕组中的电流进行控制,在普通驱动方式下,驱动电路只是通过对电动机绕组激磁电流的开和关,使步进电动机转子以其本身的步距角分步旋转。
步进电动机靠定子转子磁极间的电磁力来进行工作,当它处于双拍状态工作时,其定位位置是正好位于两通电磁极的中间,即依靠两通电磁极电磁吸引力的平衡而获得的。
由此可以推论如果能够进步仔细地控制两磁极电磁吸引力的大小,使转子磁极获得更多种由于两相定子磁极的电磁吸引力差异而形成的平衡定位位置。
步进电机细分驱动方式就是应用了这原理,在细分驱动时,细分控制器通过控制各相激磁绕组电流的逐步增大及逐步减小,让转子处于多个磁力平衡状态使电机内部的合成磁场为均匀的圆形旋转磁场,实现步距角变小电动机的旋转得到细化的目的。
合成的磁场矢量的幅值决定了电机旋转力矩的大小,相邻两个合成磁场矢量的夹角大小决定了该步距角的大小。
对于三相步进电机而言,向绕组分别通以相位相差,而幅值相同的正弦波电流图,则合成的电流矢量在空间做幅值恒定的旋转运动,其对应的合成磁场矢量也作相应的旋转从而形成旋转力矩图。
三相瞬时电流值如式所示。
图步进电机正弦细分三相绕组电流波形图图旋转力矩图细分驱动方式下,由于步距角小,步进电机的控制精度明显提高,同时这种驱动方式又有效抑制低速运行中产生的噪声和振荡现象。
图步进电机细分驱动电路结构图控制器总体设计方案步进电机三相绕组的电流是正弦阶梯电流,通过改变给定电流的每次变化的阶梯数可以实现可变细分功能。
驱动器的任务就是控制绕组的电流,使之按正弦阶梯波的规律变化。
每给个步进脉冲,三相绕组的电流沿正弦阶梯波前进步,电机转动个步距角。
步进电机控制系统框图如图所示。
采用作为主控制芯片,将
