两相混合式步进电动机驱动控制系统研究

论文摘要

本文在分析步进电动机的特点及工作原理的基础上,重点研究了步进电动机的驱动控制技术。根据两相混合式步进电动机的驱动控制特点,本文采用了基于电流追踪的控制技术,对步进电动机的励磁绕组中的电流进行控制,使步进电动机内部的合成磁场为均匀的圆形旋转磁场。合成磁场矢量的幅值决定了步进电动机旋转力矩的大小;相邻两合成磁场矢量的夹角大小决定了步距角的大小。通过细分模型分析和建立,合理控制电机绕组中的电流以保证步进电动机内部合成磁场的幅值恒定,合成磁场的角度均匀,并在此基础上设计了一种混合式步进电动机恒频脉宽调制细分驱动器。该驱动器以单片机为控制核心,选用DAC器件、H全桥驱动器件等组成驱动电路。论文在驱动器设计技术方案、硬件电路、控制软件设计方面进行了论述。采用恒频脉宽调制细分控制技术使电机平稳运行,提高了运行精度,输出转矩在一定转速范围内恒定,且细分选择数目多,只要改变存储器内电流波形的值,就可以实现一定范围内任意细分数。最后对所设计的两相混合式步进电动机细分驱动器进行了性能测试。测试结果表明:该驱动器达到了系统设计前所提出的各项设计指标。系统运行安全、可靠、稳定。整个系统电路简单实用、性能优良、通用性强。设计原则适用于各种步进电动机,有一定的工程实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 步进电动机及其驱动控制技术的研究现状与发展
• 1.1.1 步进电机及其发展
• 1.1.2 步进电机驱动控制系统概述
• 1.1.3 步进电机的传统驱动控制方式及发展趋势
• 1.1.4 本课题研究的意义
• 1.1.5 本课题主要研究的工作
• 第二章 两相混合式步进电动机工作原理
• 2.1 步进电机的分类及主要技术指标
• 2.1.1 步进电机的分类
• 2.1.2 步进电机的性能比较
• 2.1.3 步进电机的主要技术指标
• 2.2 两相混合式步进电机的组成及工作原理
• 2.2.1 两相混合式步进电机的结构
• 2.2.2 两相混合式步进电机工作原理
• 2.3 两相混合式步进电动机的数学模型
• 第三章 步进电机驱动控制技术
• 3.1 步进电机驱动概述
• 3.2 步进电机传统驱动技术
• 3.2.1 单电压驱动
• 3.2.2 双电压驱动
• 3.2.3 升频升压驱动
• 3.2.4 斩波恒流驱动
• 3.3 步进电机细分驱动原理
• 3.3.1 电流控制型微步距驱动控制技术
• 3.3.2 电流追踪型控制技术
• 3.3.3 脉宽调制技术原理
• 3.3.4 电流追踪型PWM控制技术基本原理
• 3.3.5 电流滞环控制型
• 3.3.6 固定开关频率型
• 3.3.7 恒频脉宽调制型微步驱动方案
• 3.3.8 细分驱动方案的性能特点
• 第四章 步进电机驱动控制系统设计方案
• 4.1 系统概述
• 4.2 驱动系统设计方案
• 4.2.1 环形分配器
• 4.2.2 阶梯波参考电压电路
• 4.2.3 恒频脉宽调制及逻辑综合分配电路
• 4.2.4 功率主驱动电路
• 4.2.5 检测及保护电路
• 4.3 控制主电路的设计方案
• 4.3.1 单片机简介及选型
• 4.3.2 步进脉冲电路
• 4.3.3 光电隔离电路
• 4.3.4 复位电路设计
• 4.3.5 振荡电路设计
• 4.3.6 系统电源模块设计
• 4.3.7 硬件电路抗干扰设计
• 4.4 控制系统软件设计方案
• 4.4.1 系统软件设计原则
• 4.4.2 步进电机速度控制
• 4.4.3 调速域值的限制因素
• 4.4.4 加减速模块设计
• 4.4.5 点位控制设计
• 4.5 两相混合式步进电机转矩矢量控制方案
• 4.5.1 两相混合式步进电机转矩矢量控制原理
• 4.5.2 电机绕组电流空间矢量坐标变换
• 4.5.3 利用MATLAB对两相步进电机转矩矢量控制仿真实现
• 第五章 实验
• 5.1 引言
• 5.2 控制系统仿真结果
• 5.3 步进电机驱动器性能测试实验结果
• 5.3.1 实验装置
• 5.3.2 实验测试内容
• 5.3.3 实验结果分析
• 5.4 关于细分控制若干问题的讨论
• 5.4.1 细分控制时步距角的均匀性
• 5.4.2 微步驱动系统转速的稳定性
• 5.4.3 改善步距均匀性的方法
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢