步进电机 静力矩35的力矩比25的能大多少？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2011-08-04 09:10 标签： 步进电机 静力矩
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基于TMS320LF2407 DSP的步进电机恒转矩PWM细分驱动系统的研究(2)
作者:姜晓波 王旭光
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　　3.1系统控制器DSP　　TMS320LF2407DSP芯片集成了PWM控制信号发生器，它可以通过调整事件管理器（EV）的定时器控制寄存器来设定PWM工作方式和频率，通过调整比较值来调整PWM占空比，通过调整死区控制寄存器来设定死区时间，通过专用的PWM输出口输出占空比可调的带有死区PWM控制信号，通过软件实现名副其实的全数字控制。从而省去了其他控制器所用的外围PWM波发生电路和时间延迟（死区）电路。因此使用DSP控制直流电动机可以获得高性能和低成本。　　3.2主电路的驱动电路　　步进电机的主电路采用MOSFET搭建，采用H型桥式逆变结构。图中选用N沟道增强型MOS管IRFP250，MOSFET的驱动选择IR2110。IR2110是美国国际整流器公司（IR公司）生产的高压，高速的功率MOSFET，IGBT专用驱动芯片，在芯片中采用了高度集成的电平转换技术，大大简化了逻辑电路对功率器件的控制要求，同时提高了驱动电路的可靠性。【3】　　硬件连接图如图（4）所示　　　　　　图4& 步进电机A相绕组驱动电路图　　　　Fig.4Aphasewindingsteppermotordrivecircuit　　在上图中IR2110(1)和IR2110(2)两个芯片的两个HIN和LIN分别输入的是步进电机的控制信号，即PWM信号。因为根据H桥双极性驱动电路的特点，MOSFET管V1、V4和V2、V3它们的开关顺序在逻辑上是相反的。所以可以在HIN和LIN端接“非”门74LS14构成逻辑“反”。这样不仅可以减少电路的设计难度，而且可以大大减少DSP的PWM输出，易于编程，提高了运算速度。　　图中VD1和VD4是自举二极管。C3和c8是电源vcc的滤波电容。为了防止MOSFET器件关断时，集电极发射极之间的瞬时电流过高，导致功率MOSFET误导通，造成灾难性后果，所以采用栅极副偏置电路来保护电路。高压侧的副偏置由C2，VD2和R3来构成。R3=100kΩ，c2=100nf。低压侧由VCC，R4,C4,VD3来构成，R4=2kΩ，c4=100uf。VD2和VD3选择4.7v的稳压二极管，构成的副偏置电压为-4.7V。第二片IR2110的选择类似。　　3.3电流反馈电路　　电流的反馈采用0．25Ω的精密采样电阻将电流转换成电压，经电容滤波和放大处理后直接进入2407DSP的A／D输入通道进行A／D转换，转换后的电流数值在程序中进行数据处理后调节DSP发出的PWM信号的占空比，从而调节电流的大小，实现电流的闭环控制。以A相为例，其电流采样。电路如图5所示。　　　　　　图5& 电流反馈电路图　　Fig.5Currentfeedbackcircuit　　　　4、PWM均匀细分的软件实现　　由H桥双极性电路的PWM调速原理知，电动机的电枢绕组两端的电压平均值Uα为：　　（3）　　式中α为占空比（4）　　t1一个PWM脉冲周期的脉冲持续时间。　　由上式分析知，当占空比高于5O%时，电流从A+到A一，设为A+；占空比低于5O%时，电流从A一到A+，设为A一。B相过程类似。这样就通过了脉宽调制的方式实现电流换相。　　对于控制芯片TMS320LF2407DSP其EV模块输出的PWM信号的周期和占空比取决于EV模块周期寄存器和比较寄存器的值，PWM周期寄存器的值不变，改变比较寄存器的值就可改变占空比。为了减小DSP的运算量，提高程序执行速度，根据电路参数、电机参数和细分数，以5O%为基准，占空比按正弦规律(r=50%+sin(sπ/4N)，（S为所走微步数，N为细分数)离线计算每走一微步的电流所对应的占空比，再将占空比根据公式转化为DSP比较比寄存器的值然后制成表格，储存在DSP的存储单元里。程序通过查表来给定电机绕组电流。　　程序的实现通过周期中断的方式来实现。程序流程图如图6　　　　　　图6PWM均匀细分DSP程序流程图　　Fig.6UniformsubdivisionDSPprogramflowchart　　　　5、实验分析　　本系统的应用背景是卷烟吸阻测量仪的烟仓驱动电机的驱动。课题要求步进电机的旋转的步距角误差≤0.025o。我们选用的是42BYG250A两相混合式步进电动机，其基本参数是：步距角1.8°；相电流1.5A；保持转矩0.23Nm；转动惯量38gcm2；我们以PWM16细分为例来测试系统，我们利用单步响应法【4】测量出步进电机的单步响应步距角，并且得到实测曲线。16细分时步进电机的理论步距角按公式来计算，N为细分数，Z为电机转子齿数，得理论步距角为0.1125o。由数据表并参照实测曲线可得出(θb)max=0.1231o,(θb)min=0.1022o，所以最大步距角误差为+0.0106o和-0.0103。测试结果符合控制要求。　　6、结语　　以TMS320LF2407DSP为控制器的步进电机恒转矩PWM细分驱动系统提高了细分精度和电机运行平稳性。但是由于混合式步进电机的结构特点，电机绕组电流与合成磁场间存在非线性，合成的磁场矢量不能跟随电流矢量旋转，按照理想细分电流模型得到的细分步距角存在误差。所以要想获得更高的精度，可以根据实际电机参数在调试中用实验法和最小二乘法相结合的方法对PWM占空比进行修正，使绕组电流矢量尽可能恒幅均匀旋转，以达到更高的精度。【5】　　　　参考文献　　1史敬灼.步进电动机伺服控制技术.北京：科学出版社，2006　　2张文超．步进电机PWM恒转矩细分驱动技术研究[J]．机械制造,2003(6)：33―34．　　3楚斌．IR2110功率驱动集成芯片应用[J]．电子工程师，)：33―35．　　4王宗培.步进电动机微步距角的测量[J].微特电机,1995(04)　　5姜平．步进电动机细分控制函数修正新算法[J]．微电机，2005(4)：32―34．　　
来源：中国传动网
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