步进电机细分驱动的研究高华廖君梅熙，吴扬南昌理工学院中国南昌电子邮件：wfm_77@摘要为了提高步进电机的负载特性电机，充分发挥潜在的性能步进电机，实现更高的性能，恒定频率脉宽调制子驱动器已经研制成功应用FPGA （现场可编程门阵列）设备为步进电机微步控制，FET （场效应晶体管）作为电源驱动开关，以实现高精度细分驱动器系统，正反转控制和自动调节绕组电流实验结果表明，步进电机驱动器系统不仅体积小，简化了系统设计，提高低频稳定性和高频矩频的特点，但也具有良好的适应性和自我保护 能力，提高驱动器的稳定性和可靠性关键词：细分驱动；FPGA的步进电机;脉宽调制导言突出步进电机的优势使得它在民用应用广泛的工业控制步进电机系统，但仍存在一些缺点：低频共振，低速平滑度差，高速运转的快速反应能力差，容易的一步，效率低下等问题，制约了步进电机的应用［1］步进电机驾驶性能的一个主要的程度取决于提高驱动器的性能，它可以显着改善步进电机的性能为了提高步进电机分辨率的运作是非常真实的价值, 细分控制技术提供了一个有效的 解决方案细分步进电机基本上是一个 电子减震技术，其主要目的是提高电机运行性能，实现高精度细分的步距角步进电机［2］。
在本文中，现场可编程逻辑器件（FPGA）为核心，开发出一种新型两相综合混合式步进电机均匀细分驱动系统该系统采用可编程技术，其硬件重新配置的能力，大大降低了设计成本， 优越的性能比较—o步进细分的方法步进电机细分理论，即通过同样的角度和目前合成的定期插入载体，从而降低了合成磁潜在的转折点，以达到的目的步进电机细分控制［3］对于较大的细分数来实现，它必须是能够控制步进电机励磁绕组的每相电流，加强或下台，就是在零之间的最大相电流可以有一个以上的稳定中间状态，相应的振幅磁场矢量也有超过一个中间状态，在这种方式，方向相邻两相或多相的合成磁场也将有多个稳定的中间状态原矩形脉冲波形分解的分解通过使用脉冲宽度可调波成一步波形（PWM）如果原来阶梯波角度,然后成立阶梯波的步距角应/ n,其中n是阶梯波的数目两相步进电机有不增加细分，从ABAB只有-•步之地位，然而，在细分工作，只有通过运行四个步骤的AB当是不细分，完成一个周期的状态转换采取四个步骤，需要一个周期细分后的16个步骤细分 每相电流波形如图1所示每个阶段的细分电流波形正常情况下，合成的幅度磁场矢量确定自旋步进电机的大小两个相邻的磁角的大小 场矢量合成确定步距角的大小。
因此，为了实现对步进电机的价值力矩均匀细分控制，它应该是合理控制电机绕组的电流，使2010年国际会议上的智能计算技术与自动化978-0-7695-4077-1/10 $ 26.002010 IEEE作者 10.1109/ICICTA.2010.509443内部合成的步进电机的磁场幅度不变，和磁场的角度变化每个饲料脉冲必须均匀造成的领域合成磁力每一个国家都如图2所示每一个国家磁力合成第三驱动系统的设计方案驱动系统采用现场可编程门阵列控制系统的FPGA实现集成的硬件电路设计，控制电路 简化主电路功率开关器件选择智能IGBT （绝缘栅双极晶体管）模块，这就大大降低了驱动器的大小，推动改善的实用性和可靠性当前高精度霍尔型电流传感器的反馈环路绕组电流，整个驱动系统具有精度细分，正反转控制和自动调整绕组电流等功能3O图3o驾驶系统的硬件系统框图驱动系统，具体包括以下部分：A. FPGA集成控制系统控制系统是-■个步进电机驱动的核心系统，以实现控制步进电机的速度，正反转控制，大小调整绕组目前，PID调节器，PWM调制，驱动系统, 综合控制B. 电源驱动电路这种智能IGBT模块的…部分组成IR公司生产的设备IRAMX16UP60Ao该器件采用IGBT作为功率开关元件 构成两相电桥电路，以满足需求 电动机变频调速装置，并整合基于技术引导专用集成电路驱动芯片 这样，它可以用于高压系统。
由于使用 IPM （智能功率模块），充分降低大小 整个驱动器，同时提高可靠性强 电气部分的电路C. 检测保护电路电流检测用磁平衡电流霍尔传感器，收集两相绕组的电流，其结果是 根据氯化钾日前定理的计算开展RC滤波器时收集电流使用霍尔传感器 目前的检测，同时它具有较高的 电源和控制部分的隔离度驱动系统硬件实施答：集成控制系统电机控制系统都集成到FPGA（可编程逻辑器件）来实现的，包括 系统时钟和复位模块，弹跳滤波电路模块, 速度控制模块，CP脉冲发生器模块，细分波形发生器模块，目前调节模块，PWM脉冲发生器模块，座 图图40图4综合控制系统的框图在驱动器中，选用Altera系列EPM7000S可编程器件，设备，实现了脉冲环的EPM7000S点，倍频逻辑控制功能基于MAX + PLUS II的FPGA逻辑设计 用VerilogHDL硬件开发平台描述语言，软件设计过程中，通过 以下部分：使用硬件描述语言用VerilogHDL设计输入，编译，仿真功能 （前仿真），输入设计优化，布局，后仿真，编程和验证［4］444步进电机控制系统的工作原理如下：用户 设置电机的转速和额定电流，输入过滤 和减速控制处理，由反弹过滤器使用电路，生成速度信号，速度信号传送到CP 脉冲发生器。
据之间的关系速度和脉冲频率，产生的CP脉冲 对应的频率和速度，以及最好分等级下的速度，然后与方向信号和额定电流，送入细分波形发生器经过内部的逻辑，产生电流幅值可调给予细分两相电机绕组的波形反馈电流检测模块的测试和计算两阶段的反馈当前，然后用两相电流给定PID调整调整后的调制PWM （脉冲宽度调制）的脉冲宽度调制波信号，恒定PWM脉冲电流斩波调制发电机，输出信号控制IGBT桥臂的通断，从而推动混合步进电机的运转B.功率驱动电路电力驱动模块提供高电压，高电流步进电机，电磁转矩的组成使用缓冲电路，互补放大电路，抗高压放电电路，隔离电路，并使用IGBT管作为后期阶段的驱动电源开关和高低电压驱动技术显示电路原理图3o图4年底的驱动电路使用高，低驱动电压，高电流的设置时间快，低电压电机绕组额定日前可以维持最后一个阶段的电力驱动IGBT管在最后阶段的切换，该电路具有以下优点：导通压降，高电压转电流，快速打开，驱动电流，损耗低，电路简单,但也更可靠反压放电和缓冲电路何时功率管被切断，电机绕组的电感产生一个非常高的反压后，并联二极管系列绕组的电阻，以释放存储的能量电感线圈，同时消除了峰值电压IGBT控制的影响。
互补放大电路使用在为了确保功率晶体管开关速度更快，添加互补晶体管在前面的问题16在同时并行之间的栅源电阻提高电压和抗干扰能力的问题16<>对高侧FET驱动隔离元件常用的光电隔离和脉冲变压器隔离驱动系统是光电隔离型，使用快速光学舱4N25光耦三恒频PWM斩波链接使用固定频率的脉冲宽度程序子驱动 电路，阶梯波分割使用的变量 控制理论，并在恒流阶段，恒可用于高频脉冲宽度调制，使其工作在开关状态的功率MOSFETo方波 在恒频脉宽的脉冲发生器调制，D/A输出楼梯电压VA,比较用于比较的检测步电压VA电压绕组，D触发器恒频脉冲宽度调制和步进控制合成同恒定频率，开始每星期控制绕组反过来，然后检测电流时鉴于目前的传导比较如果小于鉴于目前继续转动，如果给定的电流 大于关断电源开关，和常量在此期间关闭继续触发下一个周期 转，使绕组电流跟踪给定电流值， 为了避免电磁噪声，脉冲频率设置 20kHz的这样，只有当回合电流绕组,没有需要的续流相绕组目前，可以使用不连续的检测波形一方面不会产生电磁噪声另一方面也可避免砧板每相步进电机不同步击败同时产生的噪音，是整个电路也很简单D.反馈检测和保护电路为了提高驱动系统的可靠性步进电机驱动器和保护的关键领域， 主要以下几个方面的保护：过压 过电流保护。
失败中的任何一个或几个 在同一时间出现故障，可以封锁所有相 控制信号，驱动系统的保护和目的 步进电机［5］1）检测反馈电路由于电源开关和电路寄生存在，如可能在很短的时间因素的作用时间上限和下限之间的共模的手臂桥 打开，检测电阻Rs检测电机绕组 电流信号中包含的尖峰和毛刺这些尖峰和毛刺，容易导致故障的PWM 445比较，这将导致电机控制误操作无源RC低通滤波器，可用于过滤和 结构简单，可靠从观点 尽量减少对RS的检测电流信号失真，这 本文选择使用一个二阶RC滤波电路2） 过电压保护电路主要是用来防止过电压保护电路过电压造成的功率FET的驱动力损坏当功率管截止时，电机绕组电感产生高背压如果不采取措施采取反压会击穿其他设备同时电路中使用P6KE200A独联体国家作为一个保护作用，抑制二极管, 其相应的速度，钳位电压稳定，小大小，价格低当电压超过额定P6KE200A电压，P6KE200A迅速反向击穿，从高电阻状态到低电阻状态，干涉具有脉冲嵌入在指定的值，从而保证功率FET不受损害，嵌入式位时间定义从零伏的反向击穿电压达到所需的最短时间嵌入式位时间很短（只为1ns）,能买得起独联体国家的脉冲电流值高达数万安培。
3） 过电流保护电路过电流检测电路用来防止currentsensing高功率MOSFET所造成的电路故障 过流和热损伤比较器和采样 电阻等构成的过流保护电路，步进电机的相电流，通过了一系列与步进电机绕组电路检测阻力小电阻相比，电阻压降比较器参考电压控制信号何时电流过大时，取样电阻电压高于参考电压，输出为低电平，切断 每个阶段的脉冲信号，使所有功率管，防止过电流所造成的高功率管损坏五，结果与分析混合式步进电机驱动控制的发展表现一直测试测试内容包括：工作电压, 日前的测试范围，找到方向检查，各子 检测，细分电流波形比较测试，扭矩频率特性测试实验使用泰克示波器记录的波形和测试结果进行分析1）当系统输入电压为220V,电机加载的正常运行，供电电路，可以是一个 系统所需的电源供应器，提供各种了可靠的保证，以达到系统设计要求面积低于9A电流驱动器可以正常工作2） 变速绕组的电流波形步进电机的转速决定由CP脉冲频率，因此，通过改变CP脉冲频率 步进电机的转速来实现开环控制通过不断更新的CP脉冲计数器负荷值改变子波形发生器的阶梯波频率，从而达到电机的转速控制原产地推动工作正向和反向运作模式通过开关的命令，根据指令中的电动机正确的方向。
3） 电机可以是一个指定数量的细分子状态，运行平稳和良好的运行的电机，在 一定范围内，并没有更多的丢步或一步现象它 没有失去或更多的一步-一步的现象在一定 范围由于比电机的负荷更大的额定或以上 电机的运行频率较高，损失会发生的步骤4） 的上限和下限的控制桥臂水平不彻底扭转，2.5之间的低延时，这段时间使上下桥臂的IGBT被关闭实现死区的保护自动开关。