基于FPGA的兩相步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì).pdf

1、目前步進(jìn)電機(jī)已廣泛應(yīng)用于諸多行業(yè)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行性能除了與步進(jìn)電機(jī)自身的性能有關(guān)外，在很大程度上還取決于驅(qū)動(dòng)器所采用的驅(qū)動(dòng)技術(shù)。研制高性能的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器將能提高步進(jìn)電機(jī)的定位精度及其運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性、靈活性，從而有力推動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的更廣泛的應(yīng)用。
　　 本文在分析步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)及工作原理的基礎(chǔ)上，著重研究了步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)。根據(jù)兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)原理和控制特性，本文綜合采用了細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)和斬波

2、頻率恒定的恒流技術(shù)，使步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部的合成磁場(chǎng)為均勻的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而驅(qū)動(dòng)兩相混合式步進(jìn)電機(jī)平滑運(yùn)行。合成磁場(chǎng)矢量的幅值決定了步進(jìn)電機(jī)的力矩，相鄰的兩個(gè)合成磁場(chǎng)矢量間的夾角則決定了步距角的大小。在此原理基礎(chǔ)上，針對(duì)儀器儀表等場(chǎng)合的中小功率的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)了細(xì)分驅(qū)動(dòng)器。
　　 本文對(duì)比分析了幾種常用類型的控制器的特點(diǎn)，比較了分立和集成式兩種類型的功率驅(qū)動(dòng)電路的優(yōu)缺點(diǎn)，給出了一種基于DAC和電壓比較器的以及另一種基于ADC和

3、PI調(diào)節(jié)的恒流實(shí)現(xiàn)措施，并最終確定了本文應(yīng)用的設(shè)計(jì)方案。本文的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，以FPGA為控制核心，通過RS232串口與上位機(jī)進(jìn)行通訊。為研究方便，上位機(jī)采用了PC機(jī)。PC上采用LABVIEW編寫控制界面，可以設(shè)置工作模式、細(xì)分?jǐn)?shù)、轉(zhuǎn)向、啟停、升速步數(shù)、恒速步數(shù)、減速步數(shù)。利用LabVIEW的web發(fā)布工具，用戶可以通過客戶端瀏覽器查看和操作控制界面，并可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的功能。驅(qū)動(dòng)器接收上位機(jī)發(fā)送的控制指令，即可對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行

4、相應(yīng)的動(dòng)作控制，同時(shí)也會(huì)把當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)反饋至上位機(jī)。驅(qū)動(dòng)器有9個(gè)細(xì)分檔位可供選擇，最大可達(dá)256細(xì)分。兩種工作模式可選：精確步數(shù)運(yùn)行模式和含有限位開關(guān)的運(yùn)行模式。驅(qū)動(dòng)器的輸出電流可以進(jìn)行設(shè)置，如此可以驅(qū)動(dòng)2.8A以下的多種不同額定電流的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)。驅(qū)動(dòng)器本身可進(jìn)行自我保護(hù)：過流保護(hù)，過熱保護(hù)。
　　 最后對(duì)所設(shè)計(jì)的兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行了性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明：該驅(qū)動(dòng)器達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)前所設(shè)定的各項(xiàng)指標(biāo)。系統(tǒng)