步進電動機智能細分控制電路
屈衛東 (西北工業大學 西安710072)
1引 言
細分方法是步進電動機的一種重要驅動技術，它在不改變電機內部參數、保持伺服系統結構簡單、定位方便等特點的同時，顯著改變了步進電動機各種性能。本文采用正弦細分方式，在電機內建立均勻的圓形旋轉磁場，各相繞組電流的合成矢量在空間作等幅旋轉，轉子跟隨電流矢量，可停留于電流矢量所決定的任意位置上，通過控制電流合成矢量得到轉子運動的速度及位置。
在許多工業場合，即要求電機運動高速快捷，又要低速平穩，例如在機械加工中，需要低速進行切削工件，保證工件工藝要求，又要在其他方式中，提高速度滿足工作效率。盡管交流伺服電機能夠滿足上述要求，但價格高，控制電路復雜，而步進電機成本低、工作可靠、控制簡單，深得用戶的歡迎，通常步進電機轉動是步進的，轉子轉角θ與時間t的函數關系不是線性的，轉子從一個平衡點到另一個平衡點時，轉子轉速θ在各點都不相同，有過沖和振蕩。尤其是低速時，這種現象更為明顯，解決方法之一是將一個步距角細分n微步，每一驅動脈沖電機走一微步，隨著n的增加，過沖和振蕩現象逐漸消失，電機轉動完全均勻。文獻2采用軟硬件互補的方式，即在高頻時采用硬件微步驅動系統，低頻時用軟件微步驅動提高運行平穩性。根據工作要求，由單片機控制電機在某種細分方式工作，但它沒有考慮兩段之間速度銜接的平穩性及調速范圍。
2驅動電路
驅動電路主要是要兼顧電機的平穩性和快捷性，如圖1所示，輸出脈沖頻率等于步進電機的****運行頻率．fd，用脈沖下沿觸發可逆計數器4029到eprom的數據門，并且控制計數器的復位端。計數器起門限作用，當時鐘脈沖超過nfd時，即電機處于臨界失步狀態，計數器輸出關閉4029時鐘輸入開關，保持電機在****頻率運行而不失步。邏輯分配電路控制各相繞組通電方式及開關時序，低速時用四相雙四拍，高速用四相四拍控制。驅動放大包括三角波調制、比較、整形、放大和功率驅動部分。反饋部分包括電流檢測、放大、電平移動和校正環節。
驅動電路的特性：
(1)采取再循環式斬波調整電路，提高了系統效率，電機發熱降低。
(2)雙級斬波式驅動電路在任何時候都能精確控制繞組電流，使力矩輸出增大，運行平穩。
(3)電機靜止時，具有脈沖檢測的自動旁流系統，可降低驅動電流，使功耗最小。
(4)具有力矩提升功能，可在加速臨界點提高力矩。
(5)自動抗振電路可監測振蕩的臨界點，并修正電流波形。
3結論
采用四相混合式步進電機作為轉臺的執行機構，轉臺與電機同軸聯接，根據轉臺的實際工作要求，選擇n=26，用激光精密檢測儀，記錄電機三種轉速的波動和電機的加減速。從圖2可見．隨轉速降低，電機波動變小。圖3表示電機加減速時，速度的銜接。整個電路簡單明了，實用可靠。經現場檢驗，滿足實際工作要求。
參考文獻
1 鐘仁人．步距角任意細分的步進電動機電流波形的討論．微特電機，1996(3)
2范正翹．單片機控制的步進電動機綜合微步驅動系統．微特電機，1996(3)
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