基于dsp的混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)細(xì)分控制研究

1、17第三章基于DSP的混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)細(xì)分控制研究3.1引言步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)是通過(guò)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(gè)穩(wěn)定的中間電流狀態(tài)，相應(yīng)的合成磁場(chǎng)矢量的方向也存在多個(gè)中間狀態(tài)，且按細(xì)分步距旋轉(zhuǎn)。其中合成磁場(chǎng)矢量的幅值決定了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)力矩的大小，合成磁場(chǎng)矢量的方向決定了細(xì)分后步距角的大小。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的細(xì)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(guò)去由于受到電子元器件在開(kāi)關(guān)頻率

2、、負(fù)載能力、運(yùn)算速度等諸多方面的制約，很長(zhǎng)一段時(shí)間細(xì)分控制的實(shí)際應(yīng)用很少。隨著微電子技術(shù)特別是單片機(jī)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(jìn)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的細(xì)分控制也得到了充分發(fā)展。目前，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路大多都由單片機(jī)控制，單片機(jī)控制的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路不僅減小了控制系統(tǒng)的體積、簡(jiǎn)化了電路，同時(shí)進(jìn)一步提高了細(xì)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(dòng)機(jī)矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、無(wú)刷

3、直流電機(jī)控制、永磁同步電機(jī)矢量控制等多種先進(jìn)、復(fù)雜的電機(jī)控制方式。形成了電動(dòng)機(jī)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(jìn)電動(dòng)機(jī)的細(xì)分控制理論實(shí)現(xiàn)了對(duì)混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的有效控制，并對(duì)其關(guān)鍵電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)。3.2兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)細(xì)分控制原理[24]3.2.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)角速度波動(dòng)的特點(diǎn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)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(jìn)電動(dòng)機(jī)的距角特性為正弦曲線這一特性非常重要，它是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)細(xì)分控制得以實(shí)現(xiàn)的理論基礎(chǔ)。當(dāng)轉(zhuǎn)子穩(wěn)定在某一位置時(shí)，即，則：0eT?(34)sincosaebeii???為了實(shí)現(xiàn)恒力矩驅(qū)動(dòng)，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(dòng)機(jī)軸預(yù)

5、置位置的電角度。?則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩式(33)可表示為：(37)sin()eomeTki????此時(shí)，兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以作為一臺(tái)多極兩相永磁同步電動(dòng)機(jī)分析，如果轉(zhuǎn)子有個(gè)齒，則它的特性相當(dāng)于一臺(tái)(此例=8)個(gè)極的兩相同步電動(dòng)機(jī)。rZ2p2p對(duì)于理想化模型（不計(jì)鐵心飽和的影響），兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)矩特性，使電動(dòng)機(jī)均勻旋轉(zhuǎn)。微步驅(qū)動(dòng)正是用有限的數(shù)字化電流模擬正余弦電流，從而得