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基于可控电流源的高精度高细分数步进电机电细分驱动技术的研究

姜杏辉  
【摘要】: 步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移的机电元件,与其他类型电机相比具有易于精确控制、运行角度无积累误差等优点,是位移控制系统中重要的执行部件。对于高精度微位移控制系统而言,常采用步进电机电细分驱动技术,可有效改善步进电机的低频特性,实现高精度的定位和微小的位移。目前常用的步进电机电细分驱动技术有斩波恒流驱动,脉冲宽度调制驱动和电流跟踪驱动,虽然均能实现步进电机的细分,也具有较高的细分数和无积累误差等特点,但由于励磁线圈的互感带来的误差,其单步运转的精度依然是步进电机细分的一个瓶颈。 本文介绍了基于可控电流源的高精度高细分数步进电机细分驱动方法,采用PWM(脉冲宽度调制)和5阶巴特沃斯低通滤波器实现了双14位精度较高的DAC,用于控制精密可控电流源的电流输出,使得励磁线圈中流经的电流为稳定的直流,实现了步进电机低噪声,高稳定度的细分驱动运行。 本文介绍了步进电机在细分运行时微小角位移的测量方法,结合最小二乘法和在理想细分数学模型下实测的细分单步运转角度,进行了细分驱动电流的修正,从而补偿了步进电机励磁曲线的非线性,使得细分运行角度达到了整步运行角度的1/512,单步细分运行误差小于±20%。实测结果证明该细分方法具有细分线性好,无积累误差,转动噪声小的优点,特别适用于要求微位移的控制系统中。


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