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新型升频升压型步进电机驱动技术

时间: 2011-07-22 20:27 来源: 作者: 点击:
步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移或直线运动的执行机构,由步进电机及其功率驱动装置构成一个开环的定位运动系统,当系统接受一个电脉冲信号时,步进电机的转轴将转过一定的角度或移动一定的直线距离,电脉冲输入越多,电机转轴转过的角度或直线位移就越多;同时,输入电脉冲的频率越高,电机转轴的转速或位移速度就越快。图1是步进电机控制系统的基本功能框图。

由于步进电机系统具有较好的定位性能和较低的成本,在经济型数控领域和其它需要准确定位加工、制造及检测设备中得到了广泛的应用。但是由于步进电机本身所固有的低频振动问题,使得步进电机的应用受限于一些在振动及噪音有所要求的场合;如何对步进电机的低频振动通过驱动控制技术进行减轻和抑制,是步进电机应用中的一个重要问题。在现有的步进电动机驱动技术当中,细分控制技术和升频升压控制技术是能够较为有效的降低步进电机低频运转时的振动和噪音的主要控制方法,前者是通过对步进电机相电流进行阶梯化正弦控制,使电机以较小的单位步距角运行(机械步距角的几分之一或几十分之一),从而降低低频振动,但此项技术实现较为复杂,特别是当电机相数较多时(如五相)不易实现且成本较高;升频升压控制技术是通过降低电机低速运行时的相绕组供电电压从而降低低频振动的方法,目前升频升压控制主要是开环控制,因而存在以下主要问题:

1. 电压开环控制,易受供电电压波动影响;

2. 电机绕组电流由驱动器输出电压与绕组电阻决定,因此电流易受环境(电压、电机参数等)影响,导致电机发热或转矩下降;

3. 由于电机电阻很小,低速运行时驱动器输出电压必须较小才能不致过电流,而过低的绕组电压使得电机的快速响应性较差;

4. 驱动器适应性差,针对不同规格型号的电机须相应调整。

为改善和克服目前升频升压控制所存在的上述问题,本文提出和设计了一种新型的升频升压型步进电机驱动方法,该方法将电流控制技术与升频升压技术有机的结合,提高驱动器电压和电流的可控制性,从而提高驱动性能及可靠性。

图2给出了新型升频升压驱动技术的原理框图,由环形分配器、频率/电压转换、电压检测、比例积分调节、直流斩波、脉宽调制、电流检测、电流控制、前级驱动、功放桥等单元构成步进电机驱动系统;外部输入的步进脉冲和方向信号由环形分配器转换成步进电机的通电顺序控制信号以驱动功放桥工作,进而控制步进电机运行;由频率/电压转换、电压检测、比例积分调节、直流斩波构成电压闭环控制环节,对供给步进电机的直流电压进行比例积分控制,保证该直流电压跟随升频升压控制所要求的电压给定而变化;由电流检测和电流控制两部分构成电流控制环节,以控制功放桥的输出电流幅度,并在一定范围内使电机电流随电机运行速度提高而提高,实现升频升压电流控制效果。

驱动装置采用上述技术后,改进了原有的升频升压驱动控制,通过采用电压反馈及比例积分调节,实现了闭环升频升压控制,消除了外界环境对驱动装置输出的影响,提高了可靠性;同时,将电流闭环控制技术引入升频升压控制中,实现了升频升流控制,增加了升频升压控制的灵活性和输出电流的可控制性,提高了驱动装置的快速性能和对电机的适应性,也进一步提高了装置的可靠性。该项技术目前已向国家知识产权局申请了专利,并已成功地应用于四通驱动器SH50806A中。(end)

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