三相混合式步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì).pdf

1、步進(jìn)電機(jī)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)與消費(fèi)電子領(lǐng)域,具有成本低、控制簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)與電子器件的不斷發(fā)展,混合式步進(jìn)電機(jī)被大量使用,它結(jié)合了永磁式與反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn),具有高轉(zhuǎn)速、運(yùn)行平穩(wěn)、定位精度高的優(yōu)點(diǎn)。因此研究開(kāi)發(fā)混合式步進(jìn)電機(jī)具有重要的理論研究意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本文介紹了三相混合式步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)的特點(diǎn)、發(fā)展演變過(guò)程以及國(guó)內(nèi)外的研究應(yīng)用現(xiàn)狀和趨勢(shì)。根據(jù)已有數(shù)學(xué)模型利用電機(jī)矢量控制原理,提出了在d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下,電

2、機(jī)位置控制的穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型以及電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置控制與目標(biāo)電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系,在此理論分析的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了兩種不同形式的混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器,并且成功地開(kāi)發(fā)出了以單片機(jī)為控制器的成本低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器樣機(jī)。該樣機(jī)實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)輸入控制信號(hào)的調(diào)理與采集、三相混合式電機(jī)電流閉環(huán)PWM驅(qū)動(dòng)控制、故障保護(hù)和記錄等功能,最終實(shí)現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)微步和高速運(yùn)動(dòng)控制。在此基礎(chǔ)上,提出并部分實(shí)現(xiàn)了一種將步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與數(shù)控車(chē)床控制器整合在一起的高度集成

3、控制系統(tǒng)方案——采用DSP控制器完成對(duì)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制與數(shù)控車(chē)床特殊應(yīng)用的控制,簡(jiǎn)化了系統(tǒng)硬件的復(fù)雜度、大大降低了系統(tǒng)的成本,為今后的技術(shù)研究及市場(chǎng)推廣打下了很好的基礎(chǔ)。在硬件設(shè)計(jì)部分詳細(xì)討論了系統(tǒng)的電流參考電路、信號(hào)調(diào)理電路、控制器電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、故障檢測(cè)以及硬件安全保護(hù)電路的設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)部分討論了系統(tǒng)的分層次的模塊化設(shè)計(jì)思想及其優(yōu)點(diǎn),詳細(xì)介紹了系統(tǒng)軟件的整體流程,包括底層程序、應(yīng)用層程序、算法程序、DSP嵌入式操作系統(tǒng)的軟件

4、模塊以及各個(gè)軟件模塊之間的接口。為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的正確性和可靠性,搭建了控制器的測(cè)試平臺(tái),在該平臺(tái)上對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了實(shí)際測(cè)試,發(fā)現(xiàn)了許多設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題并通過(guò)后續(xù)的設(shè)計(jì)對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)和完善,如EMC問(wèn)題、高精度信號(hào)采集的問(wèn)題、大功率驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)、參數(shù)匹配和系統(tǒng)軟硬件可靠性等問(wèn)題,最終從軟硬件兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)了針對(duì)電機(jī)的過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)熱等安全保護(hù)和冗余設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試可知,以單片機(jī)為核心的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器樣機(jī)和以DSP為核心的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)樣機(jī)在