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根据单片机的改进型五相混合式步进电机驱动器规划

发布时间:2015-12-26 来源:http://www.sxycmy.com/news/148.html

  根据单片机的改进型五相混合式步进电机驱动器计划刁红泉,胡伟雄,颜钢锋(浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027)合式步进电机驱动器存在许多缺少的当地:低频转矩振荡、高频输出转矩缺少和多电源供电等。在分析现有步进电机驱动器的基础上,联系理论分析,计划出一种根据单片机的改进型五相混合式步进电机驱动器。该驱动器运用单一电源供电,选用三相励磁PWM输出方法,改进了驱动的矩频特性,在电脑刺绣机系统中投入运用,获得杰出效果。



  步进电机作为履行部件,广泛用于自动控制系统中-混合式步进电动机因其具有工作频率高、动态力矩大、不坚定小、宜昌原木门工作平稳、噪声低、定位精度和分辨率高档利益,已广泛运用于各种机电一体化设备中。


  在纺织机械中,最常用的步进电机是五相混合式步进电机,而电脑刺绣机系统中所用步进电机类型一般为110BYG550,故作者计划的也是与之相配套的驱动器-在分析电脑刺绣机中现有步进电机驱动器的基础上,为减小其低频转矩振荡,前进高频输出转矩,便利运用,作者计划出一种改进型步进电机驱1现有步进电机驱动器的缺陷步进电机驱动器输入的控制信号一般有4个:(公共阳极)、FREE(脱机电平)、DIR(方向电平)、CP(步进脉冲)。现有电脑刺绣机系统步进电机驱动器(以某类型为例),运用AT89C2051控制芯片,接受外部控制信号,输出5路信号,通过译码电路今后得到10路输出信号,然后分别通过上下桥臂驱动电路驱动功率M0SFET,得到五相输出用来驱动步进电机-在低频工作时,其输出电流冲击较大,为了减小电流冲击,需要运用FREE信号一再封闭工程计划学报输出;在停机或许长时间无输入步进脉冲时,需要输入FREE信号封闭输出,防止步进电机相电流过大、通电时间过长而发热。在脱机的时分,没有输出转矩;在电脑刺绣机中,这种现象影响不大(负载为反抗性负载),而对于位势性负载,若要断定转矩,则需FREE信号的协作,完结PWM输出,这么会占据有些主控CPU的本钱;或许在步进电机绕组上串联限流电阻而不脱机,这么相应地增大了损耗。现有步进电机驱动器的励磁方法为两相励磁,这种方法下的转矩输出不是最大的,尤其在高频情况下,输出转矩缺少。其输入电源需要两路输入:控制电源(AC220V)和工作电源(AC90V),双路电源输入尤其是AC90V的输入需要变压器协作,即用步进电机驱动器时有必要运用变压器,这既构成运用的不便利,也添加了开支。


  2对于步进电机的一些理论分析bookmark3相:2.1步进电机转矩的分析步进电机的转矩标明如下:步进电机的励磁方法(单相励磁、双相励磁等)不一样,相应的输出转矩也不一样。对三相步进电机来说,单相和双相励磁时,它的输出转矩巨细没有改变,仅仅是角度发作了改变。


  双相:式(5)和式(6)中负号标明绕组反向通电。从式(4)(6)可以得出,双相励磁得到的静态峰值转矩大约是单相励磁峰值的1.62倍,而三相励磁时最大静态峰值转矩是单相励磁的2.62倍(四相导通输出转矩反而减小)。因此,作者计划的步进电机驱动器选用三相励磁,这么可以充分利用磁芯容量,前进输出转矩,增强步进电机的负载才干尤其是高频负载才干。


  五相混合式步进电机线圈绕组接线方法有星形和五边形两种,但是对于五边形接法来说,不能完结三相励磁,故选用星形接法。


  从式(2)和(3)中,明显可以得到上述结论。


  而对于五相步进电机来说,情况就有所不一样了。


  单相:双相:2.2星形接法最大输出转矩开关序列将三相励磁最大输出转矩方法转换成五相逆变桥的上下桥臂的开关序列,再按照此序列控制五相桥,便能完结三相励磁最大转矩输出。步进电机绕组摆放次第如所示,图中开关大写字母标明正相绕组,小写字母标明反相绕组。从可以看出,当相邻的三相导通的时分(大写字母标明正向通电,小写字母标明反向通电),由式(6)可知此刻输出转矩最大。故从中就可以推出三相励磁十拍工作方通,小写字母标明下桥臂注册)。


  步进电机绕组摆放次第3步进电机驱动器硬件电路计划根据以上分析,作者计划出根据89C51单片机的改进型步进电机驱动器。驱动器硬件电路如听示|2,此驱动器和现有驱动器输入输出兼容,可以直接替换现有步进电机驱动器。没有画出电源有些,此驱动器米用单一父流工频220V供电,其间控制电路供电由变压器输出供应;110BYG550系列步进电机的工作电压为80300V,而220V交流电通过全桥不可控整流今后输出电压大约为311V,故主工作电源需通过斩波电路降压今后再供应。


  五相逆变桥改进型步进电机驱动器硬件电路图进电机驱动器软件首要由主程序、CP间断效力子程序和守时间断效力子程序构成。主程序首要完结间断控制寄存器初始化、守时器工作形式设定和间断上桥臂开关管和下桥臂开关管不共地,故上下桥臂驱动电路需要独自计划:上桥臂驱动电路接受给定控制信号,经扩展电路扩展,然后通过高频脉冲变压器隔绝今后驱动上桥臂开关管;下桥臂驱动电路接受给定控制信号,由光耦隔绝后经扩展电路驱动下桥臂开关管。在驱动电路中,上桥臂驱动电路计划是要害技术问题,作者选用非门74HC04接电阻电容构成振荡器发作高频振荡,通过与非门控制输出驱动高频脉冲变压器,变压器输出通过全桥整流得到直流电压驱动开关管。


  五相逆变桥米用三相励磁PWM输出方法,这么输出转矩大,既能近似恒流,又能在长时间无脉冲的情况下断定转矩,对于位势性负载,无FREE脉冲协作的现象下此驱动器也能极好地工作。


  改进型驱动器对比现有驱动器有以下改进的当地:添加本钱的基础上增强了功用。


  220V电源供电,省去了变压器,降低了运用本钱,便利运用。


  选用三相励磁,增大了输出转矩,前进了输出容量。


  运用软件守时PWM方法输出,可以近似恒流,在无脉冲时安全断定转矩。


  4系统软件计划在硬件基础上,用C言语计划出系统软件13|,步使能制止脱机查询等功用,CP间断效力子程序首要完结偏址运算、查开关序列表输出控制脉冲和重启守时器根除IE1标志位等功用,守时器间断效力子程序首要完结PWM控制功用。主程序和CP间断效力子程序流程如和所示,守时间断效力子程序较简略,故不给出流程图。


  5结论改进型步进电机驱动器对比现有步进电机驱动器,功用有很大的改进,低频转矩安稳,高频输出转矩大。此驱动器现已成功地运用于电脑刺绣机系统中,用于驱动110BYG550系列五相混合式步进电机。此驱动器出产本钱也低于现有步进电机驱动器,这么既降低了电脑刺绣机本钱,又前进了刺绣质量。
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