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步进电机细分驱动系统设计与实现

李景忠  
【摘要】:随着步进电机驱动技术的进步与发展,步进电机因具有体积小、性价比高、控制精准且无累积误差等优势被广泛应用在工业自动化等领域。同时这也对步进电机的运行性能提出了更高的要求。由于采用传统的步进电机驱动技术,步进电机只能以整步或半步方式运行,并需要专门的脉冲驱动电源供电。这种驱动方式控制精度低,容易出现低频振动和噪声,存在累计误差,限制了其应用领域。因此,为了适应社会的发展和实际生产生活的需求,解决步进电机运行时步距角过大,分辨率不高的问题,催生了新型步进电机驱动技术,即细分驱动技术,该技术的原理是通过精准控制步进电机励磁绕组中的电流,使步进电机励磁绕组中的电流由方波式投入或切除变为阶梯波式投入或切除,其内部的合成磁场矢量成圆型旋转磁场,这样不仅可以提高步进电机的控制精度,使其运行更平稳,而且可以明显降低低频时的振动和噪声。针对步进电机驱动系统存在的上述不足,本课题在分析两相混合式步进电机的工作原理和数学模型,并重点分析细分驱动技术的基础上,提出采用细分驱动结合斩波恒流驱动和H桥驱动的方式,设计实现集控制驱动于一体并支持256细分的多细分高精度的步进电机细分驱动系统;系统以STM32为控制核心,TC1005为驱动核心组成步进电机细分驱动系统。除此之外,还利用Lab VIEW软件开发了适应此系统的上位机界面,可实时与控制器数据通信,实现智能化调控步进电机运行。通过利用MATLAB软件的Simulink仿真工具搭建两相混合式步进电机细分驱动仿真模型并进行仿真,同时基于设计的系统硬件电路搭建实物实验平台进行测试,结果表明,实验测试与理论仿真波形基本相同,通过上位机界面能够实时调控步进电机运行状态,系统最高支持256细分,控制精度高,无需传感器可实现堵转检测,运行平稳,振动和噪声小,具有广泛的工业和商业应用价值。


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