三相步進電機驅動器的製作方法
2023-09-21 02:40:45 1
專利名稱：三相步進電機驅動器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種三相步進電機驅動器。
背景技術：
低頻振蕩步進電機在低速運行時易出現低頻振動現象。振動頻率與負載情況和驅動器性能有關，一般認為振動頻率為電機空載起動頻率的一半。步進電機在極低頻率下做連續步進運行，即每改變一次通電狀態，轉子轉過一個步距角。如果阻尼較小，這種運動是一個衰減的振蕩過程，轉子是按自由振蕩頻率振蕩幾次才衰減到新的平衡位置而停止下來。每來一個脈衝，轉子都從新的轉矩曲線的躍變中獲得一次能量的補充，這種能量越大，振蕩越厲害。當脈衝頻率等於或者接近於電機的自由振蕩頻率時電機會出現嚴重的振動，甚至失步導致無法工作，這就是步進電機的低頻共振現象。這種由步進電機的工作原理所決定的低頻振動現象對於機器的正常運轉非常不利。失步，有多種情況會產生失步，比如起動或停止頻率超過突跳頻率，電機高速運行的脈衝頻率超過了最大運行頻率，所帶負載轉矩超過了起動轉矩，共振等。通過改善驅動器的性能，可以減小運行中失步的可能。
實用新型內容本實用新型所解決的技術問題在於提供一種三相步進電機驅動器，以解決上述背景技術中的缺點。本實用新型所解決的技術問題採用以下技術方案來實現三相步進電機驅動器，包括直流電源、MOS管、三相電機、功率管驅動晶片、比較器、反相加法器、PI調節器、光耦隔離器、單片機、三角波生成器、D/A轉換器、細分設置器， 所述的直流電源連接MOS管，MOS管連接三相電機和功率管驅動晶片，功率管驅動晶片連接至少三個比較器，一個比較器連接反相加法器和三角波生成器，另外兩個比較器均連接PI 調節器，所述的光耦隔離器連接單片機，單片機連接細分設置器和D/A轉換器，所述的D/A 轉換器連接PI調節器。本系統電源採用直流電源，直流電源的可靠性十分重要，因為開關電源用來給驅動與控制電路中的單片機、運放和逆變橋中的功率MOSFET驅動電路提供低壓直流電。控制電路以晶片ATMEGA8為核心，包括電流檢測電路、數模轉換電路和控制信號接口電路，構成功能齊全的全數字三相混合式步進電機脈衝細分驅動系統。本系統是一個有電流反饋的閉環系統。系統參數由撥碼開關設定，控制信號主要有脈衝信號和方向信號。脈衝信號主要用於控制步進電機的運動。根據步進電機的控制特性，每接收到一個外部脈衝產生一個步距角的運動，因此步進電機的運動距離與脈衝個數成正比，而步進電機的運行速度則正比於脈衝的頻率。方向信號用於控制步進電機的正轉和反轉。信號經過判斷處理，輸出相應的細分控制數據至D/A轉換器，D/A轉換器根據電流設定值，輸出模擬階梯電壓V outA和VoutB作為參考電壓信號，然後和經過放大的反饋信號進行比較，誤差信號經過PI調節和處理，通過驅動晶片來驅動電機運行，同時可以根據需要設置過電流保護、過熱保護、過壓保護、欠壓保護電路等對驅動器檢測保護。包括為了提高驅動系統的性能，目前對各種驅動電源和控制電路的控制方法很多，常用的有以下幾種措施(1)提高驅動電源性能主要是在功率驅動部分改善各相繞組電流波形上升下降的前後沿，達到各相電流在高低頻時都能保持額定值，提高步進電機運行時的矩角特性。(2)採用閉環控制系統步進電機的主要優點之一是能在開環系統中工作，這種運行方式由於控制線路經濟簡單，不需反饋編碼器及相應的線路，所以在很多位置和轉速控制中，在精度和穩定性要求不高的場合得到廣泛應用。目前市場上90%的步進驅動都是屬於開環控制。但是步進電機在開環方式下工作，其性能常常受到一些限制，開環運行會帶來失步的風險，從而引起定位不準。增加反饋閉環控制可避開對傳統步進電機的這些限制，糾正偏差實現準確定位。反饋需要檢測，例如用編碼器檢測偏差，通過控制器進行補償。採用閉環理論上雖然可以克服一些缺點但是檢測裝置的精度仍存在一些問題並帶來了一些額外的成本，增加的成本是否物有所值還要根據具體系統對控制性能的要求。(3)採用細分驅動技術近年來發展起來的步進電機細分驅動技術，就是通過驅動器把電機步距角細分。 由於可以顯著的減小步進電機的步距角，並且步距角越小，進入穩定區域越容易，這樣就增加了步進電機運行的平穩性，還可以減弱甚至消除步進電機的低頻振蕩和噪聲，提高起動頻率和高速下轉矩，同時也可以提高電機進給解析度和精度。有益效果本實用新型採用細分驅動技術，即增大運行拍數時，步距角變小，動態誤差變小， 穩定裕度增大，起動轉矩增大，起動頻率提高，能有效的提高步進電機的運行穩定性能，抑制振蕩和噪聲，運行拍數足夠大時，可以有效的避開低頻振蕩區。
圖1為本實用新型三相步進電機驅動器結構示意圖。
具體實施方式
參見圖1，三相步進電機驅動器，包括直流電源、MOS管、三相電機、功率管驅動晶片、比較器、反相加法器、PI調節器、光耦隔離器、單片機、三角波生成器、D/A轉換器、細分設置器，其特徵在於，所述的直流電源連接MOS管，MOS管連接三相電機和功率管驅動晶片， 功率管驅動晶片連接至少三個比較器，一個比較器連接反相加法器和三角波生成器，另外兩個比較器均連接PI調節器，所述的光耦隔離器連接單片機，單片機連接細分設置器和D/ A轉換器，所述的D/A轉換器連接PI調節器。以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特徵及本實用新型的優點，本行業的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和範圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型範圍內，本實用新型要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求1.三相步進電機驅動器，包括直流電源、MOS管、三相電機、功率管驅動晶片、比較器、 反相加法器、PI調節器、光耦隔離器、單片機、三角波生成器、D/A轉換器、細分設置器，其特徵在於，所述的直流電源連接MOS管，MOS管連接三相電機和功率管驅動晶片，功率管驅動晶片連接至少三個比較器，一個比較器連接反相加法器和三角波生成器，另外兩個比較器均連接PI調節器，所述的光耦隔離器連接單片機，單片機連接細分設置器和D/A轉換器，所述的D/A轉換器連接PI調節器。
專利摘要三相步進電機驅動器，包括直流電源、MOS管、三相電機、功率管驅動晶片、比較器、反相加法器、PI調節器、光耦隔離器、單片機、三角波生成器、D/A轉換器、細分設置器，所述的直流電源連接MOS管，MOS管連接三相電機和功率管驅動晶片，功率管驅動晶片連接至少三個比較器，一個比較器連接反相加法器和三角波生成器，另外兩個比較器均連接PI調節器，所述的光耦隔離器連接單片機，單片機連接細分設置器和D/A轉換器，所述的D/A轉換器連接PI調節器。本實用新型採用細分驅動技術，即增大運行拍數時，步距角變小，動態誤差變小，穩定裕度增大，起動轉矩增大，起動頻率提高，能有效的提高步進電機的運行穩定性能，抑制振蕩和噪聲。
文檔編號H02P8/22GK202026272SQ201120159410
公開日2011年11月2日 申請日期2011年5月19日 優先權日2011年5月19日
發明者張利國, 張慶鋼, 羅晨, 鄒文燕, 陳明亮, 黃全國 申請人:江西英菲賽科技有限公司