三相混合式步進電機的驅動器設計.pdf

1、步進電機已經被廣泛地應用于工業(yè)與消費電子領域,具有成本低、控制簡單的優(yōu)點。隨著電力電子技術與電子器件的不斷發(fā)展,混合式步進電機被大量使用,它結合了永磁式與反應式步進電機的特點,具有高轉速、運行平穩(wěn)、定位精度高的優(yōu)點。因此研究開發(fā)混合式步進電機具有重要的理論研究意義和實際應用價值。本文介紹了三相混合式步進電機及驅動器系統(tǒng)的特點、發(fā)展演變過程以及國內外的研究應用現(xiàn)狀和趨勢。根據已有數學模型利用電機矢量控制原理,提出了在d-q旋轉坐標系下,電

2、機位置控制的穩(wěn)態(tài)與動態(tài)數學模型以及電機轉子的位置控制與目標電流的對應關系,在此理論分析的基礎上,設計了兩種不同形式的混合式步進電機驅動器,并且成功地開發(fā)出了以單片機為控制器的成本低廉、結構簡單的步進電機驅動器樣機。該樣機實現(xiàn)了上位機輸入控制信號的調理與采集、三相混合式電機電流閉環(huán)PWM驅動控制、故障保護和記錄等功能,最終實現(xiàn)了步進電機微步和高速運動控制。在此基礎上,提出并部分實現(xiàn)了一種將步進電機驅動器與數控車床控制器整合在一起的高度集成

3、控制系統(tǒng)方案——采用DSP控制器完成對步進電機的驅動控制與數控車床特殊應用的控制,簡化了系統(tǒng)硬件的復雜度、大大降低了系統(tǒng)的成本,為今后的技術研究及市場推廣打下了很好的基礎。在硬件設計部分詳細討論了系統(tǒng)的電流參考電路、信號調理電路、控制器電路、電機驅動電路、故障檢測以及硬件安全保護電路的設計。軟件設計部分討論了系統(tǒng)的分層次的模塊化設計思想及其優(yōu)點,詳細介紹了系統(tǒng)軟件的整體流程,包括底層程序、應用層程序、算法程序、DSP嵌入式操作系統(tǒng)的軟件

4、模塊以及各個軟件模塊之間的接口。為了驗證設計方案的正確性和可靠性,搭建了控制器的測試平臺,在該平臺上對樣機進行了實際測試,發(fā)現(xiàn)了許多設計中存在的問題并通過后續(xù)的設計對其進行了改進和完善,如EMC問題、高精度信號采集的問題、大功率驅動電路的設計、參數匹配和系統(tǒng)軟硬件可靠性等問題,最終從軟硬件兩個方面實現(xiàn)了針對電機的過壓、過流、過熱等安全保護和冗余設計。經過實際測試可知,以單片機為核心的步進電機驅動器樣機和以DSP為核心的驅動控制系統(tǒng)樣機在