[發(fā)明專利]步進(jìn)電機(jī)平滑驅(qū)動(dòng)三相正弦波電流信號產(chǎn)生方法及電路

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810141569.4
• 申請日: 2008-10-09
• 公開（公告）號: CN101478251A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張前進(jìn);徐素莉
• 申請（專利權(quán)）人: 河南科技大學(xué)
• 主分類號: H02M7/42
• 分類號: H02M7/42;G05B15/02;H02P8/12;H02P8/14
• 代理公司: 鄭州睿信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 胡泳棋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種步進(jìn)電機(jī)平滑驅(qū)動(dòng)三相正弦波電流信號產(chǎn)生方法及電路，屬步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

步進(jìn)電機(jī)是一種將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為位移(或直線位移)的機(jī)電執(zhí)行元件，每當(dāng)輸入一個(gè)脈沖時(shí)，轉(zhuǎn)軸便轉(zhuǎn)過一個(gè)固定的機(jī)械角度，在數(shù)字控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)性能和它的驅(qū)動(dòng)器有著密切的關(guān)系，步進(jìn)電機(jī)根據(jù)步進(jìn)角的具體要求，通過改變定子繞組電流來實(shí)現(xiàn)，繞組電流給定采用經(jīng)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(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果決定該相繞組的通斷，最終得到正弦化的定子繞組電流。

目前，步進(jìn)電機(jī)大都用PWM信號來控制，但在產(chǎn)生PWM信號的前面一定要產(chǎn)生相位差是的三相正弦波的電流信號，且他們的幅度大小需嚴(yán)格相等，當(dāng)三相正弦波的相位差不是嚴(yán)格的相差或者幅度大小不完全相等的時(shí)候，會(huì)對電機(jī)的平穩(wěn)性能產(chǎn)生很大的影響，在現(xiàn)有的技術(shù)中，這種三相電流的產(chǎn)生大多是由模擬電路產(chǎn)生，不能嚴(yán)格保證三相電流的相位差是且他們的大小很難保證嚴(yán)格的相等。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種步進(jìn)電機(jī)平滑驅(qū)動(dòng)三相正弦波產(chǎn)生方法和電路，用以得到精確的步進(jìn)電機(jī)三相電流，提高電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性能。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：首先建立兩個(gè)正弦波的電流數(shù)值表，這兩個(gè)正弦波的表都是一個(gè)完整的周期2π，一個(gè)表是從sin(00)開始，到sin(2π)結(jié)束；另一個(gè)正弦波表是從開始，到結(jié)束。在這兩個(gè)表中，我們在每個(gè)表中取M個(gè)數(shù)值點(diǎn)，也就是一個(gè)完整的正弦波周期是由M個(gè)數(shù)值點(diǎn)組成的，點(diǎn)數(shù)M根據(jù)工程實(shí)際，考慮加工的精度和效率可在100～1000之間選擇。

單片機(jī)復(fù)位后先判定出步進(jìn)電機(jī)的工作模式(也就是電機(jī)實(shí)際的轉(zhuǎn)速需要，即每轉(zhuǎn)的步數(shù))，當(dāng)有脈沖信號CP和方向邏輯控制信號CW(電機(jī)轉(zhuǎn)向)輸入時(shí)，單片機(jī)由CW電平的高低判定電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，再根據(jù)電機(jī)的工作模式查表，得到采樣間隔值，單片機(jī)根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和采樣間隔值，不斷的把表中的數(shù)值按采樣間隔依次讀取，把表中的數(shù)值不停的通過單片機(jī)的B口輸出到D/A轉(zhuǎn)換器，通過D/A轉(zhuǎn)換變成模擬量，再經(jīng)過運(yùn)算放大，即可得到兩相幅值嚴(yán)格相等、相位差嚴(yán)格是的正弦波電流信號VOA和VOB。

第三路信號由前面兩路合成產(chǎn)生，先由信號合成電路對VOA與步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)模塊的電流反饋信號VOC差分得到VOA′，VOB與步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)模塊的電流反饋信號VOD差分得到VOB′，在VOA′和VOB′之間用一個(gè)加法器和一個(gè)反向器，就得到了第三相VOC′，當(dāng)前面生成的兩相正弦波電流信號是幅度一樣，相位差是嚴(yán)格的時(shí)，則第三相電流信號也是準(zhǔn)確的，最終產(chǎn)生出平滑驅(qū)動(dòng)所需的三相幅值嚴(yán)格相等，相位差嚴(yán)格是的正弦波驅(qū)動(dòng)電流。

當(dāng)單片機(jī)檢測到CW電平跳變后，A不再查1的數(shù)值，而是開始查表2的數(shù)值，B開始查表1的數(shù)值，查表的結(jié)果是B超前這樣就達(dá)到了電機(jī)換向的目的。

當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向進(jìn)行變換時(shí)，如果我們不控制，它的電流就會(huì)從兩個(gè)表的表頭開始，由于電機(jī)停下來的時(shí)候電流有保值的作用，這樣電流很有可能出現(xiàn)較大的跳變，即電機(jī)反向運(yùn)行的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)。

解決步進(jìn)電機(jī)換向時(shí)抖動(dòng)問題的方法步驟如下：當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向改變時(shí)，假如電機(jī)停下來前是正轉(zhuǎn)，停下來的時(shí)候A相保值為sin(0)到sin(2π)內(nèi)的某一值(假如是表1中第200個(gè)點(diǎn)的值)，B相保值為對應(yīng)點(diǎn)數(shù)的到內(nèi)的某一值(假如是表2中第200個(gè)點(diǎn)的值)，將這兩個(gè)值記下，

然后采用逐次比較法，在表2中找一個(gè)和表1中第200個(gè)點(diǎn)數(shù)值大小最接近點(diǎn)，即與我們記下的保值點(diǎn)的數(shù)字相差的絕對值和最小的點(diǎn)，同樣，在表1中找一個(gè)和表2中第200個(gè)點(diǎn)數(shù)值大小最接近點(diǎn)，同時(shí)滿足它們在每個(gè)表中的位置相同(即表1是第幾個(gè)點(diǎn)，表2也是第幾個(gè)點(diǎn))，這樣就可以保證電機(jī)轉(zhuǎn)向后相位差仍然是嚴(yán)格的電機(jī)反向時(shí)，就從這個(gè)點(diǎn)處開始運(yùn)行，由于保證了電流不跳變，也就保證了電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性。

與已有技術(shù)相比，本發(fā)明方法的有益效果表現(xiàn)在：

1、本發(fā)明方法精確的產(chǎn)生了幅度一樣，相位差是精確三相正弦波電流信號，同時(shí)在換向的時(shí)候能夠較好的找到和保值電流值最接近的點(diǎn)，解決了換向時(shí)候電機(jī)的抖動(dòng)問題，使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性得到較大的提高。

2、本發(fā)明的特點(diǎn)還在于可以根據(jù)實(shí)際加工需要，通過對單片機(jī)的開關(guān)口設(shè)置步進(jìn)電機(jī)的工作模式來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)不同的零件加工情況，從而使改變電機(jī)轉(zhuǎn)速變得方便快捷，也使驅(qū)動(dòng)器的通用性有了很大的提高。

附圖說明

圖1是三相正弦波電流信號產(chǎn)生電路結(jié)構(gòu)框圖；