一種升頻升壓型步進電機的驅動方法
2023-09-19 08:10:10 1
專利名稱：一種升頻升壓型步進電機的驅動方法
技術領域：
本發明涉及一種升頻升壓型步進電機的驅動方法，屬混合式步進電機驅動控制技術領域。
步進電機及其驅動裝置因其具有較好的定位性能和較低的成本，在經濟型數控領域和其它需要準確定位的加工、製造及檢測設備當中獲得了廣泛的應用。但是由於步進電機本身所固有的低頻振動問題，使得步進電機在一些對振動及噪音有所要求的場合的應用受到限制；如何對步進電機的低頻振動通過驅動控制技術進行減輕和抑制，是步進電機應用中的一個重要問題。在現有的步進電動機驅動技術當中，細分控制技術和升頻升壓控制技術是能夠較為有效的降低步進電機低頻運轉時的振動和噪音的主要控制方法，前者是通過對步進電機相電流進行階梯化正弦控制，使電機以較小的單位步距角運行(機械步距角的幾分之一或幾十分之一)，從而降低低頻振動，但此項技術實現較為複雜，特別是當電機相數較多時(如五相)不易實現且成本較高；升頻升壓控制技術是通過降低電機低速運行時的相繞組供電電壓以降低低頻振動的方法，目前升頻升壓控制主要是開環控制，因而存在以下主要問題①電壓開環控制，易受供電電壓波動影響；②電機繞組電流由驅動器輸出電壓與繞組電阻決定，因此電流易受環境(電源電壓、電機參數等)影響，導致電機發熱或轉矩下降；③由於電機電阻很小，低速運行時驅動器輸出電壓必須較小才能不致過電流，而過低的繞組電壓使得電機的快速響應性較差；④驅動器適應性差，針對不同規格型號的電機須相應調整。
本發明的目的是設計一種升頻升壓型步進電機的驅動方法，克服目前升頻升壓控制所存在的上述問題，將電流控制技術與升頻升壓技術有機地結合，以提高驅動器電壓和電流的可控制性，從而提高驅動性能及可靠性。
本發明提出的升頻升壓型步進電機的驅動方法，包括以下各步驟1、將外部電源輸入的交流電壓整流成為直流電壓，該直流電壓經功率轉換後成為控制步進電機運行所需要的電壓和電流；2、將外部控制用的步進脈衝信號和方向信號通過信號轉換生成控制步進電機通電順序所需的方波信號，該信號經放大後成為上述第一步的功率轉換所需的控制信號；3、對上述第一步的用於功率轉換的的直流電壓進行檢測、採樣，形成電壓反饋信號；4、將外部控制用的步進脈衝信號的頻率轉換成電壓信號，該信號用以控制功率轉換的電壓和電流；5、將上述第二步的電壓反饋信號和第三步的電壓信號進行比例積分調節，形成一個電壓控制信號，該信號再經脈寬調製處理，變換為佔空比可變的方波脈衝信號，此信號用來控制直流斬波，進而控制用於功率變換的直流電壓，保證電壓跟隨升頻升壓控制的要求而變化；6、對上述第1步的由功率變換產生的電流進行檢測，並通過最大值檢測處理，得到電流反饋信號，該信號與上述第3步的電壓信號進行比較及脈寬調製處理，產生電流控制信號。
7、上述電流控制信號與上述第1步的步進電機通電順序控制信號共同放大，兩者在此進行信號合成，產生一個可以控制功率變換的信號，該信號控制功率變換，從而將直流電壓調製成為能夠控制電機的電壓。
本發明改進了原有的升頻升壓驅動控制技術，通過採用電壓反饋及比例積分調節，實現閉環升頻升壓控制，消除了外界環境對驅動裝置輸出的影響，提高了可靠性；同時，將電流閉環控制技術引入升頻升壓控制中，實現了升頻升流控制，增加了升頻升壓控制的靈活性和輸出電流的可控制性，提高了驅動裝置的快速性能和對電機的適應性，也進一步提高了裝置的可靠性。
圖1為本發明方法的流程框圖。
圖2為本發明的一個實施例結構框圖。
圖3是實施例中電壓閉環控制部分的電路原理圖。
圖4是實施例中電流控制部分的電路原理圖。
下面結合附圖詳細介紹本發明的內容在圖2所示的本發明的實施例中，1是用於信號轉換的環形分配器，2和3是用於前級放大的功放橋前級驅動器，4是用於功率轉換的功放橋，5是用於檢測電流和電流控制的電流控制器，6是將脈衝頻率轉換為電壓信號的頻率/電壓轉換器，7是用於比例積分調節和脈寬調製的比例積分調節及電壓脈寬調製器，8是用於直流斬波的斬波管前級驅動器，9是用於直流斬波的斬波功率管。
如圖2所示的實施例中，由頻率/電壓轉換器6、比例積分調節及電壓脈寬調製器7、斬波管前級驅動器8構成了電壓閉環控制，首先頻率/電壓轉換器6將步進脈衝的頻率轉換為電壓信號作為直流電壓給定，比例積分調節及電壓脈寬調製器7通過對直流電壓的採樣反饋，實現對功放橋直流電壓的比例積分調節，調節器輸出的脈寬調製信號通過前級驅動器控制功率管實現斬波控制；電流採樣通過功放橋的下臂放置電阻完成，各相電流採樣信號經過電流控制器5的最大值取樣電路獲取電流反饋值，並由此電流反饋控制功率橋的下橋臂功率管，調節各相的輸出電流幅值；電流控制器5的電流給定信號受控於頻率/電壓轉換器6的電壓給定信號，使得電機電流隨電機運行速度提高而提高，實現升頻升流控制。
圖3及圖4給出了電壓閉環控制部分和電流控制部分的具體實現方法。
參見圖3,IC1為頻率/電壓轉換集成電路，其接收步進脈衝信號並轉換為直流電壓信號，該直流電壓的幅值V與接收的脈衝信號的頻率fin成一定的比例關係V=k*fin(k為比例係數)，並作為功放橋的直流電壓給定信號送入IC2；IC2為脈寬調製控制集成電路，通過電阻R5及電容C3構成比例積分調節器，實現給定信號與反饋信號的無靜差反饋控制，由IC2經比例積分調節產生的脈寬調製控制信號，通過由三極體構成的前級驅動電路控制功率管，實現直流電壓的斬波調節。
參見圖4，通過由圖中所示的二極體D1～D5構成的取樣電路取得的電流反饋信號與由頻率/電壓轉換電路產生的電流給定信號，經過比較器IC3產生控制激勵信號，該信號送入同頻斬波控制電路IC5,IC5的控制開關頻率基準由振蕩器IC4產生，IC5在控制激勵與頻率基準的共同作用下產生電流控制脈寬調製信號；IC6為信號合成電路，將電流控制脈寬調製信號與各相的環分控制信號合成，形成各相的下橋臂控制信號，並通過前級驅動放大控制功率管進行工作。
權利要求
1.一種升頻升壓型步進電機的驅動方法，其特徵在於，該方法包括以下各步驟(1)將外部電源輸入的交流電壓整流成為直流電壓，該直流電壓經功率轉換後成為控制步進電機運行所需要的電壓和電流；(2)將外部控制用的步進脈衝信號和方向信號通過信號轉換生成控制步進電機通電順序所需的方波信號，該信號經放大後成為上述第一步的功率轉換所需的控制信號；(3)對上述第一步的用於功率轉換的的直流電壓進行檢測、採樣，形成電壓反饋信號；(4)將外部控制用的步進脈衝信號的頻率轉換成電壓信號，該信號用以控制功率轉換的電壓和電流；(5)將上述第二步的電壓反饋信號和第三步的電壓信號進行比例積分調節，形成一個電壓控制信號，該信號再經脈寬調製處理，變換為佔空比可變的方波脈衝信號，此信號用來控制直流斬波，進而控制用於功率變換的直流電壓，保證電壓跟隨升頻升壓控制的要求而變化；(6)對上述第1步的由功率變換產生的電流進行檢測，並通過最大值檢測處理，得到電流反饋信號，該信號與上述第3步的電壓信號進行比較及脈寬調製處理，產生電流控制信號；(7)上述電流控制信號與上述第1步的步進電機通電順序控制信號共同放大，兩者在此進行信號合成，產生一個可以控制功率變換的信號，該信號控制功率變換，從而將直流電壓調製成為能夠控制電機的電壓。
全文摘要
本發明涉及一種升頻升壓型步進電機的驅動方法,首先將外部步進脈衝信號和方向信號轉換成功率轉換控制信號,將外部控步進脈衝信號的頻率轉換成電壓信號,將由功率變換產生的電流進行檢測,與電壓信號進行比較及脈寬調製處理,產生電流控制信號,該信號與通電順序控制信號共同放大合成,產生控制功率變換的信號,從而將直流電壓調製成為能夠控制電機的電壓。本發明實現了閉環升頻升壓控制和升頻升流控制,提高了電機控制的可靠性靈活性。
文檔編號H02P8/00GK1306341SQ0110416
公開日2001年8月1日 申請日期2001年2月23日 優先權日2001年2月23日
發明者盧海惟, 王璐 申請人:北京四通電機技術有限責任公司