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提高步进电机开关逻辑顺序性能的设计案例

来源:华强电子网 作者:华仔 浏览:185

标签:

摘要: 用于步进电机的四分之一步开关逻辑顺序与全和半步模式的开关逻辑顺序相比,具有若干明显的优点:分辨率高、驱动平滑、共振效应最小并且稳定时间减小。该方法使用一个16步输入顺序,使400步电机达到1600步每转。这种四分之一步技术的核心是所谓的半激励状态,在该状态期间电机电流比维持在非常接近于一半处。与基于复杂控制电路的微步进技术不同,四分之一步模式基于一种简单开关逻辑顺序。因此,实现四分之一步方案的电路

用于步进电机的四分之一步开关逻辑顺序与全和半步模式的开关逻辑顺序相比,具有若干明显的优点:分辨率高、驱动平滑、共振效应最小并且稳定时间减小。该方法使用一个16步输入顺序,使400步电机达到1600步每转。这种四分之一步技术的核心是所谓的半激励状态,在该状态期间电机电流比维持在非常接近于一半处。

与基于复杂控制电路的微步进技术不同,四分之一步模式基于一种简单开关逻辑顺序。因此,实现四分之一步方案的电路可以使用廉价的功率开关和CMOS器件。与之相比,微步进技术通常需要一个微控制器、数模转换器(DAC)和模数转换器(ADC)以及一个Hbridge放大器。

开关模式是确定步进电机的分辨率和稳定时间的重要因素。400步电机使用全步顺序时,轴每转运行400步,分辨率为0.9°每步。同样,对半步顺序,轴每转运行800步,分辨率为0.45°每步。典型地,对微步进技术,电机两相上的正弦电流使轴以0.9°的一部分的分辨率转动。

对两相步进电机(双线绕法),轴角位移(?)由相位电流(I1 和I2)决定。将这两个电流的幅度保持相等,使用四步顺序,就得到全步运动。在I1/I2为最大或者零时,输入八步顺序,步进电机就为800步每转。


在处于两者之间的I1/I2 = 0.4142,即我们所说的半激励状态,步进电机以16步顺序运动,每转1600步。要得到这种I1/I2 = 0.4142的半激励状态,对电流比进行选择,使22.5°轴间角为转子的稳定平衡位置。这时:

?=tan-1(I1/I2)=22.5°

有I1 = 0.4142 I2

引入此半激励状态得到16步顺序(模式),轴旋转分辨率将更好。表1显示的是四分之一步电机控制器16步输入顺序的情况,每个突出的1/2部分表示一个半激励状态。图2的顺序产生电路可实现此真值表,该电路使用一个CMOS二进制上/下计数器(U1, CD4516)产生所需模式。


使用图3的驱动电路来测试4kgfcm扭矩步进电机使用的四分之一步开关逻辑顺序。要实现半激励状态,对到电机的电路Y输出的电阻R的大小进行设置,使激励时只有0.4 I的电流。这里假设步进电机不同绕线的电阻相同,实际上,其间会有微小差异。


顺序产生器使用低频时钟脉冲,连接四分之一步控制器步,随后,校验电机轴为每转1600步。其转动也比半或全步转动平稳。全激励和无激励状态之间有一中间状态(半激励)。这是因为一旦电机在各步之间运动,绕线中产生的反向电磁力也小于半或全步控制器。



型号 厂商 价格
EPCOS 爱普科斯 /
STM32F103RCT6 ST ¥461.23
STM32F103C8T6 ST ¥84
STM32F103VET6 ST ¥426.57
STM32F103RET6 ST ¥780.82
STM8S003F3P6 ST ¥10.62
STM32F103VCT6 ST ¥275.84
STM32F103CBT6 ST ¥130.66
STM32F030C8T6 ST ¥18.11
N76E003AT20 NUVOTON ¥9.67