混合式步進電機靜音細分驅(qū)動器及其應(yīng)用.pdf

1、混合式步進電機因其兼具反應(yīng)式和永磁式步進電機的優(yōu)點,且可在無速度傳感器情況下具有較高精度的開環(huán)控制性能而在很多領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用。但由于它運行的步進特性等原因,使其工作時產(chǎn)生的噪聲相較于其它電機明顯偏高,因此無法滿足某些對噪聲要求較高的場合。根據(jù)其噪聲產(chǎn)生的機理可知步進電機運行噪聲除了與電機自身參數(shù)有關(guān)外,驅(qū)動器性能的好壞更是起著決定性作用,故研制一款低噪聲的步進電機靜音驅(qū)動器就顯得尤為有意義。
　　本文首先分析了步進電機靜音驅(qū)

2、動器的課題背景、意義以及國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀,介紹了驅(qū)動器的組成結(jié)構(gòu)并對不同的驅(qū)動主電路進行了重點分析,然后詳述了步進電機噪聲的產(chǎn)生原因和降噪技術(shù)的研究方向。在此基礎(chǔ)上給出了步進電機靜音細分驅(qū)動器的總體組成框架和軟硬件技術(shù)實現(xiàn)方案。
　　其次,詳細分析了步進電機噪聲的特點,得出電磁噪聲為其噪聲的主要來源,然后建立了其噪聲模型和提出了噪聲抑制措施。接下來根據(jù)分析結(jié)果并結(jié)合步進電機驅(qū)動控制原理,提出了采用電流矢量恒幅均勻旋轉(zhuǎn)細分法作為驅(qū)動

3、器的驅(qū)動方案,并且為因PWM驅(qū)動產(chǎn)生的高頻電磁噪聲專門設(shè)計了繞組濾波電路。
　　再次,針對步進電機在加減速過程中存在超、失步的不足。通過分析其矩頻特性和比較各種加減速曲線的優(yōu)缺點后,設(shè)計了改進型S型加減速控制曲線。然后建立了電流閉環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,根據(jù)PID控制算法具有良好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能的特點,采用PI調(diào)節(jié)器作為電流控制器并推導(dǎo)了其調(diào)節(jié)器參數(shù)整定公式。
　　最后,設(shè)計了以高性能嵌入式微控制器STM32F103RCT6為

4、核心的步進電機靜音細分驅(qū)動器的軟硬件技術(shù)實現(xiàn)方案并研制了相應(yīng)的實驗裝置。其中硬件設(shè)計包括控制板電路設(shè)計和功率板電路設(shè)計,控制板主要包括MCU及其外圍電路、串口通信電路、人機界面電路及故障報警電路;驅(qū)動板主要包括電源配置電路、驅(qū)動主電路、光耦隔離電路、信號處理電路以及繞組濾波電路。軟件部分基于STM32固件庫和實時操作系統(tǒng)μC/OS-II平臺,分別對系統(tǒng)主程序、信號采集任務(wù)、PWM輸出任務(wù)、內(nèi)控和外控時的控制算法任務(wù)及人機界面任務(wù)進行了實