0-57026 RELIANCE 驅動器_廈門興銳嘉進出口有限公司

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0-57026 RELIANCE 驅動器

步進電機是一種運用廣泛的控制電機，其特徵是不使用位置反饋回路就能進行速度控制及定位控制，即所謂的電機開環控制。相對於伺服電機，步進電機有著成本低廉，控制簡單等優點，尤其是兩相混合式步進電機，在工業運動控制係統中有著廣泛的應用。然而，傳統的驅動方式，比如單電壓驅動、高低電壓驅動、斬波恒流驅動等等，雖然已經應用十分成熟，但是只限於低速運行，並且細分度一般限制在1/2步距，無法很好低頻振蕩，以及定位精度差等缺點。細分驅動的出現很好地彌補了這一缺點。

　　常見的細分控制器一般由MCU、邏輯驅動芯片以及功率驅動模塊組成，這樣的驅動器雖然能滿足多細分驅動，但由於細分數量和效果會受到邏輯驅動芯片的影響，並且無法調整細分數和限流值、從而造成係統調試困難、矩頻特性差等缺點。

　　本文使用ST公司的32位，加上MOSFET驅動模塊及電流傳感模塊，省去了邏輯驅動芯片。電機電流採用單片機內部AD採樣，控制邏輯算法直接由單片機軟件實現，MOSFET按照外部輸入的脈衝速度及內部的時序來運行，從而大大簡化了應用電路，提高了電路的通用性和驅動性能。

　　1 意法半導體STM32F103RB單片機簡述

　　STM32F103RB採用ARM公司的Cortex-M3內核，具有運行速度高、處理能力強、外設接口豐富等特點。由於其低廉的價格和很強的控制、運算性能，被廣泛運用於電機控制。其具體性能指標如下：1)工作頻率：;工作溫度範圍：-40～+85℃;寬電壓供電：2.0～3.6 V;2)128 k字節的閃存存儲器和16 k的SRAM;3)12位16通道AD轉換器具有雙採樣和保持功能，)3個16位通用定時器，每個定時器有多達4個通道，用於輸入捕獲/輸出比較/PWM或脈衝輸出;1個16位帶控制盒緊急剎車，用於電機控制的PWM控制定時器。

　　2 細分驅動原理

　　一般兩相步進電機驅動分為單極型和雙極性驅動兩種，單極型驅動適用於6線制電機，這樣的驅動方法等於將兩相電機轉變為四相電機，從表面上看步距角缺損減小了，實則是以犧牲電機的拖動轉矩換來的，這樣電機的帶負載能力就會大大下降。而雙極型驅動則主要針對兩相四線(或者八線制)電機，一般機械步距角為50齒1.8°(也可為100齒0.9°價格較貴)，故細分驅動技術主要是通過對步進電機的相電流進行階梯化控制，使電機的以更小的單位步距角運行，從而減小步長和低頻振蕩。

　　細分驅動的思想是把原來簡單的對轉子電流的通斷過程改變為逐漸的改變各相繞組的電流大小和方向，使電機內部的空間合成磁場逐步改變，這樣就能把原來的一個步距角的通電方式改變成為跟隨電流的階梯波，變成多步。具體的計算方法如下：

　　轉矩T在一般情況下可表示為：

　　T=KT·(-Iasinθ+Ibcosθ) (1)

　　式子中KT在理想狀態下的比例常數，θ為轉子的電角度位置。

　　如果兩相步進電機的矩角特性是正弦波，則給繞組通入如下電流：

　　Ia=Im·cosβ

　　Ib=Im·sinβ (2)

　　β為電機希望定位的電角度。

　　將式(2)代入式(1)，則

　　T=KT·Im·sin(β-θ) (3)

　　從而可見，兩相混合式步進電機的細分就是控制兩相繞組中的電流大小。理想狀態下，電機內部的磁場為圓形空間旋轉磁場，使步進電機按照交流同步電機的方式旋轉。而AB相的理想電流為正弦波，而一般情況下通過階梯波來模擬正弦波，從而達到恒轉矩幅值的控制效果。而轉矩的大小由合成磁場的矢量來決定，即相鄰兩個合成磁場的夾角為細分步距角。

　　每當β變化一度，則步進電機走過1/360的電角度，例如一般的8細分控制，則β的步長為π/16。所以為了實現對兩相混合式步進電機的恒轉矩細分控制，就需要在電機的兩相繞組中通以按正弦規律變化並互差90°相位的的兩相電流，階梯越細小，越接近於正弦波，步距角也越小，細分效果越好。

　　3 係統硬件設計

　　基於STM32F103RB驅動係統的硬件部分主要由信號輸入端、電源輸入端、電源模塊、MOSFET驅動模塊、H橋模塊和採樣放大模塊組成。總體硬件圖如圖3所示。