[發明專利]步進電機平滑驅動方法

無效

• 申請號: 200810049887.8
• 申請日: 2008-05-28
• 公開（公告）號: CN101594109A
• 公開（公告）日: 2009-12-02
• 發明（設計）人: 徐素莉;張前進
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: H02P8/00
• 分類號: H02P8/00;H02P8/22
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司
• 代理人: 陳 浩

技術領域

本發明涉及混和式步進電機平滑驅動技術，尤其是對步進電機三相正弦波PWM的產生和PWM波的死區控制方式的改進。

背景技術

步進電動機是一種將數字信號轉換為位移(或直線位移)的機電執行元件。每當輸入一個脈沖時，步進電機轉軸便轉過一個固定的機械角度，在數字控制系統中得到了廣泛的應用。當步進電機要求更小的步進角和更高的分辨率時，可通過改變定子繞組電流來實現。繞組電流給定采用經量化處理后的正弦波并分段切入，將繞組電流給定與反饋進行比較，并根據比較結果決定該相繞組的通斷，最終得到正弦化的定子繞組電流，這時則要求產生相位差是嚴格的大小一樣的三相正弦波電流信號，從而才能產生完全相同的三相PWM信號。

目前，在三相橋式電路中為避免同一橋臂上下開關的直通必須設置足夠的死區時間(死區就是使同相的上下橋臂驅動信號錯開一個死區時間，防止功率器件短路)，而實際應用中對死區的要求很嚴格。當死區時間過短時，同相的上下橋臂驅動信號不能完全的錯開，功率器件容易短路，從而會損害功率模塊；當死區時間過長的時候，步進電機上下橋臂就會長時間沒有電流通過，這樣會使電機驅動能力降低。

發明內容

針對上述技術問題，本發明的任務是提出一種步進電機平滑驅動方法，以提高步進電機的三相PWM信號的準確性，提高電機運行的平穩性能。

為完成上述任務，本發明提供了一種步進電機平滑驅動方法，先用單片機和D/A轉換器產生兩路相位差是的正弦波電流，第三路信號由前面兩路合成產生，最終產生出三相幅值相等，相位差是完全一樣的正弦波電流。

用單片機和D/A轉換器產生兩路相位差是幅值相等的正弦波電流信號VOA和VOB，先將正弦波信號VOA、VOB和功率驅動模塊(PS21564)反饋正弦波信號VOC、VOD進行對應差分，生成的差分信號再分別經過抽樣模塊由基準三角波抽樣，抽樣后的信號再分別經過反向器整形就得到PWM1、PWM3信號；將VOA、VOB和VOC、VOD共用加法器U-2經過加法運算，VOA、VOB相加后生成和VOA、VOB相位順次相差的正弦信號，如公式(1)所示的-sin(α-4π/3)，同時VOC和VOD也進行和VOA、VOB相同的運算，合成反饋的第三相信號，然后-sin(α-4π/3)和反饋的第三相信號進行差分，通過反向器U-5反向，再經過基準三角波抽樣電路U-8和電流整形調節模塊U-10后得到所需要的PWM2信號。

各PWM信號在CPLD里面進行死區控制，在CPLD里面對輸入的PWM波形進行處理，把u_in轉換成u_down和u_up兩相，其中u_down的上升沿和u_in的一樣，u_up的下降沿要比u_in的上升沿延遲幾個微秒；u_down的下降沿要比u_in的下降沿延時幾個微秒，u_up的上升沿要和u_in的下降沿一致；v_in、w_in的處理方式同u_in。

與已有技術相比，本發明方法的有益效果表現在：

1、本改進技術方法可以使混和式步進電機運行的平穩性能得到很大的提高。而已有的技術中，為了得到三相信號完全一樣的PWM波，相對要求嚴格的三相正弦波的產生大都是用信號發生器產生三路信號，這樣子很難保證他們的相位差是嚴格的而且本改進方法電路設計簡單，成本較低。

2、對驅動模塊的死區控制進行改進，死區的精度控制有很大的提高，死區的時間更好的控制，對于不同的驅動模塊，可以根據實際需要設定死區的時間，使該驅動器具有更好的通用性。

附圖說明

圖1為控制系統結構框圖；

圖2為三相PWM波產生電路圖；

圖3為CPLD的波形仿真圖。

具體實施方式

本發明解決技術問題所采用的措施：

參見圖1，在系統的結框圖中，針對本改進方法主要介紹的是ATTINY2313、D/A轉換器、信號合成電路和邏輯合成單元。

對圖1說明：

脈沖信號(CP+/CP-)：每個脈沖上升沿使電機轉動一步，最小脈沖≥2.5μs，最高接受頻率200KHz。

方向信號(CW+/CW-)：單脈沖控制方式時為方向控制信號輸入接口，CW為低電平時電機順時針旋轉，CW為高電平時電機逆時針旋轉。雙脈沖控制方式時為反轉步進脈沖信號輸入口。

細分功能選擇(FINE)：當FINE為高電平時，細分功能有效，當FINE為高低平時，細分功能無效。