【文章內容簡介】 中，電路中只有一個電源 V，電路中的限流電阻 R1 決定了時間常數，但 R1 太大會使繞組供電電流減小。這一矛盾不能解決時，會使電動機的高頻性能下降，可在 R1兩端并聯(lián)一個電容，以使電流的上升波形變陡，來改善高頻特性，但這樣做又使低頻性能變差。 R1 在工作中腰消耗一定的能量，所以這個電路損耗大，效率低，一般只用于小功率步進電機的驅動。 雙電壓功率驅動接口 用提高電壓的方法可以使繞組中的電流上升波形變陡，這 樣就產生了雙電壓驅動。雙電壓驅動有兩種工作方式：雙電壓法和高低壓法。 雙電壓驅動的基本思路是在較低（低頻段）用較低的電壓 UL 驅動，而在高速（高頻段）時用較高的電壓 UH 驅動。這種功率接口需要兩個控制信號， Uh 為高壓有效控制信號， U 為脈沖調寬驅動控制信號。圖 中，功率管 TH 和二極管 DL 構成電源轉換電路。當 Uh 低電平， TH 關斷， DL 正偏置，低電壓 UL 對繞組供電。反之 Uh高電平， TH 導通， DL 反偏，高電壓 UH 對繞組供電。這種電路可使電機在高頻段也有較大出力，而靜止鎖定時功耗減小。其電路圖如下所示： 圖 雙電壓功率驅動接口 電路 步進電機控制系統(tǒng) 的設計 8 雖然這方法保證了低頻段仍然具有單電壓驅動的特點，在高頻段具有良好的高頻特性，但仍沒有擺脫單電壓驅動的弱點，在限流電阻 R上仍然會產生損耗和發(fā)熱。 高低壓功率驅動接口 高低壓驅動的設計思想是，不論電機工作頻率如何，均利用高電壓 UH 供電來提高導通相繞組的電流前沿，而在前沿過后，用低電壓 UL 來維持繞組的電流。這一作用同樣改善了驅動器的高頻性能，而且不必再串聯(lián)電阻 Rs，消除了附加損耗。高低壓驅動功率接口也有兩個輸入控制信號 Uh 和 Ul，它們應保持同步，且前沿在同一時刻跳變，高壓 管 VTH 的導通時間 tl 不能太大，也不能太小，太大時，電機電流過載；太小時，動態(tài)性能改善不明顯。一般可取 1~3ms。（當這個數值與電機的電氣時間常數相當時比較合適）。 高低壓驅動電路如下圖所示： 圖 高低 壓驅動接口 電路圖 高低壓驅動法是目前普遍應用的一種方法，由于這種驅動在低頻時電流有較大的上沖，電動機低頻噪聲較大，低頻共振現(xiàn)象存在，使用時要注意。 步進電機的基本參數 步進電機的靜態(tài)指標術語： （ 1） 相數：產生不同對 N、 S磁場的激磁線圈對數。常用 m表示。 （ 2） 拍數：完成一個 磁場周期性變化所需脈沖數或導電狀態(tài)用 n 表示，或指電機轉過一個齒距角所需脈沖數，以四相電機為例，有四相四拍運行方式即ABBCCDDAAB，四相八拍運行方式即 AABBBCCCDDDAA. （ 3） 步距角：對應一個脈沖信號，電機轉子轉過的角位移用 θ 表示。 θ=360度（轉子齒數 *運行拍數），以常規(guī)二、四相，轉子齒為 50 齒電機為例。四拍運行步進電機控制系統(tǒng) 的設計 9 時步距角為 θ=360 度 /（ 50*4） = 度（俗稱整步），八拍運行時步距角為 θ=360度 /（ 50*8） = 度（俗稱半步）。 （ 4） 定位轉矩：電機在不通電狀態(tài)下，電機轉子自身的鎖定力矩（由磁場齒形的諧波以及機械誤差造成的） （ 5） 靜轉矩：電機在額定靜態(tài)電作用下，電機不作旋轉運動時，電機轉軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機體積（幾何尺寸）的標準，與驅動電壓及驅動電源等無關。 雖然靜轉矩與電磁激磁安匝數成正比，與定齒轉子間的氣隙有關，但 過分 采用減小氣隙 ，增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的，這樣會造成電機的發(fā)熱及機械噪音。 步進電機動態(tài)指標及術語 ： （ 1） 步距角精度：步進電機每轉過一個步距角的實際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤 差 /步距角 *100%。不同運行拍數其值不同，四拍運行時應在 5%之內，八拍運行時應在 15%以內。 （ 2） 失步：電機運轉時運轉的步數，不等于理論上的步數。稱之為失步 （ 3） 失調角：轉子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機運轉必存在失調角，由失調角產生的誤差，采用細分驅動是不能解決的。 （ 4） 最大空載起動頻率： 電機在某種驅動形式、電壓及額定電流下，在不加負載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。 （ 5） 最大空載的運行頻率：電機在某種驅動形式，電壓及額定電流下，電機不帶負載的最高轉速頻率。 （ 6） 運行矩頻特性：電機在某種 測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關系的曲線稱為運行矩頻特性，這是電機諸多動態(tài)曲線中最重要的，也是電機選擇的根本依據。電機一旦選定，電機的靜力矩確定，而動態(tài)力矩卻不然，電機的動態(tài)力矩取決于電機運行時的平均電流（而非靜態(tài)電流），平均電流越大，電機輸出力矩越大，即電機的頻率特性越硬。 要使平均電流大，盡可能提高驅動電壓，使采用小電感大電流的電機。 （ 7） 電機的共振點：步進電機均有固定的共振區(qū)域，二、四相感應子式步進電機的共振區(qū)一般在 180250pps 之間（步距角 度）或在 400pps 左右（步距角為 度 ），電機驅動電壓越高，電機電流越大，負載越輕，電機體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然，為使電機輸出電矩大，不失步和整個系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點均應偏移共振區(qū)較多。 步進電機控制系統(tǒng) 的設計 10 第 三 章 步進電機的單片機控制 步進電機控制系統(tǒng)組成 圖 用微型機控制步進電機原理系統(tǒng)圖 與傳統(tǒng)步進控制器相比較有以下優(yōu)點： 1. 用微型機代替了步進控制器把并行二進制碼轉換成串行脈沖序列，并實現(xiàn)方向控制。 2. 只要負載是在步進電機允許的范圍之內，每個脈沖將使電機轉動一個固定的步距角度。 3. 根據步距角的大小及實際 走的步數，只要知道初始位置，便可知道步進電機的最終位置。 步進電機控制系統(tǒng) 的設計 11 步進電機控制系統(tǒng)原理 脈沖序列的生成 圖 脈沖的生成 脈沖幅值 ： 由數字元件電平決定。 TTL 0 ～ 5V CMOS 0 ～ 10V 接通和斷開時間可用延時的辦法控制。要求：確保步進到位。 方向控制 步進電機旋轉方向與內部繞組的通電順序相關。 三相六拍，通電順序為 : 正轉 : A?AB?B?BC?C?CA 反轉 : A?AC?C?CB?B?BA 改變通電順序可以改變步進電機的轉向 脈沖分配 實現(xiàn)脈沖分配（也就是通電換相控制）的方法有兩種：軟件法和硬件法 通過軟件實現(xiàn)脈沖分配 軟件法是完全用軟件的方式，按照給定的通電換相順序，通過單片機的 IO 向驅動電路發(fā)出控制脈沖 ，下面以三相六拍為例 步進電機控制系統(tǒng) 的設計 12 上面提到了 三相六拍工作方式通電換相得正序為 AABBBCCCAA,，反序為AACCCBBBAA 圖 用軟件實現(xiàn)脈沖分配的接口示意圖 注： ： A 相驅動 ： B 相驅動 ： C 相驅動 三相六拍控制字如下表所示： 表 三相六拍工作方式的控制字 通電狀態(tài) 控制字 A 0 0 1 01H AB 0 1 1 03H B 0 1 0 02H BC 1 1 0 06H C 1 0 0 04H CA 1 0 1 05H 注： 0代表使繞組斷電， 1代表使繞組通電 在程序中，只要依次將這 10 個控制字送到 P1 口，步進電機就會轉動一個齒距角，每送一個控制字，就完成一拍，步進電機轉過一個步距角。 軟件法在電動機運行過程中，要不停地產生控制脈沖，占用了大量的 CPU時間，可能使單片機無法同時進行其他工作（如監(jiān)測等），所以，人們更喜歡用硬件法。 步進電機控制系統(tǒng) 的設計 13 通過硬件實現(xiàn)脈沖分配 所謂硬件法實際上就是使用脈沖分配器 8713，來進行通電換相控制。 8713 是屬于單極性控制，用于控制三相和四相步進電機，我們