一種新型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種新型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括上位機(jī)、DSP控制芯片、D/A轉(zhuǎn)換電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、電源電路和步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊包括功率驅(qū)動(dòng)電路。上位機(jī)用于向DSP控制芯片發(fā)送指令，D/A轉(zhuǎn)換電路用于將來(lái)自DSP控制芯片的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分值的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，并將該模擬量送入功率驅(qū)動(dòng)電路，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)DSP控制芯片的信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電源電路用于向DSP控制芯片提供工作電壓。本實(shí)用新型采用的細(xì)分驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不僅提高了步進(jìn)電機(jī)的精度，解決了低頻振蕩、高速轉(zhuǎn)矩下降等問(wèn)題，而且它與傳統(tǒng)的單片機(jī)、FPGA控制芯片控制的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比具有成本低、體積小、響應(yīng)快、使用安全等優(yōu)點(diǎn)，能很好的適應(yīng)各種場(chǎng)合的需求。
【專利說(shuō)明】
-種新型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，具體的設(shè)及一種新型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著數(shù)字技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。相應(yīng)的，步 進(jìn)電機(jī)的缺點(diǎn)也越來(lái)越明顯，步進(jìn)電機(jī)雖然無(wú)累計(jì)誤差，但是步進(jìn)電機(jī)的步距角較大且固 定不變，使其存在步進(jìn)分辨率較低，低頻易振蕩，頻率特性差，噪音比其他微電機(jī)大，靈活性 較差，物理裝置易疲勞等缺點(diǎn)。步進(jìn)電機(jī)不同于傳統(tǒng)的交、直流電機(jī)，它必須與專用驅(qū)動(dòng)器、 直流電源組成系統(tǒng)方能正常運(yùn)行。所W步進(jìn)電機(jī)的性能很大程度上取決于其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu) 劣，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)劣主要和驅(qū)動(dòng)方式有關(guān)。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上仍有不少用戶沿用已被國(guó)外淘 汰的單電壓串電阻等落后的驅(qū)動(dòng)方式，驅(qū)動(dòng)器電路中使用的分立元件居多，可靠性差，且各 廠家的驅(qū)動(dòng)技術(shù)規(guī)范、技術(shù)等級(jí)、生產(chǎn)工藝參差不齊。
[0003] 傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式有高低壓驅(qū)動(dòng)、單電壓驅(qū)動(dòng)、斬波式恒流驅(qū)動(dòng)和調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動(dòng)，高 低壓驅(qū)動(dòng)方式不能解決低頻共振現(xiàn)象，單電壓驅(qū)動(dòng)效率低，斬波式恒流驅(qū)動(dòng)和調(diào)頻調(diào)壓驅(qū) 動(dòng)的線路都是過(guò)于復(fù)雜。通過(guò)對(duì)上面幾種傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式的分析，可W知道傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式 下，電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)性差，易出現(xiàn)振動(dòng)和噪聲，最主要的是分辨率低，不能滿足一些高性能的 控制。
[0004] 在電機(jī)控制過(guò)程中，控制忍片的選擇通常有W下兩種方案:第一種是選取專用的 步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊，該模塊具有使用方便快速的優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)在于耗資較高，而且專 用模塊減少了控制器的適用范圍，影響產(chǎn)品的大范圍應(yīng)用。第二種方案選擇的控制忍片則 為8位單片機(jī)，與第一種方案不同的是，該方案耗資低，但其卻沒(méi)有與電機(jī)控制相配套的外 設(shè)(如A/D轉(zhuǎn)換設(shè)備、具有S路W上的PWM通道等），而且電動(dòng)機(jī)控制非常麻煩，為滿足高速運(yùn) 算的要求采用復(fù)雜指令集，使得系統(tǒng)的運(yùn)算速度較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種新型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能 夠?qū)崿F(xiàn)步進(jìn)電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行，運(yùn)行精度高，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的步進(jìn)電機(jī)低頻振蕩、失 步、高速運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)矩下降問(wèn)題。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種新型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)， 包括上位機(jī)、DSP控制忍片、D/A轉(zhuǎn)換電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、電源電路和步進(jìn)電機(jī)，所述電機(jī)驅(qū) 動(dòng)模塊包括功率驅(qū)動(dòng)電路；
[0007] 所述上位機(jī)與DSP控制忍片雙向連接，所述電源電路的輸出端與DSP控制忍片的輸 入端連接，所述DSP控制忍片的輸出端分別連接電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和D/A轉(zhuǎn)換電路的輸入端，所 述D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊中功率驅(qū)動(dòng)電路的輸入端，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 的輸出端連接步進(jìn)電機(jī)的輸入端；
[000引所述上位機(jī)用于向DSP控制忍片發(fā)送指令，所述D/A轉(zhuǎn)換電路用于將來(lái)自DSP控制 忍片的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分值的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，并將該模擬量送入功率驅(qū)動(dòng)電路，所述電 機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)DSP控制忍片的信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，所述電源電路用于向DSP控制忍片 提供工作電壓。
[0009] 所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊還包括邏輯綜合電路，用于將DSP控制忍片中事件管理器EVA生 成的兩路分別互補(bǔ)的PWM波和步進(jìn)電機(jī)的相序信號(hào)進(jìn)行邏輯綜合，所述邏輯綜合電路的輸 入端連接DSP控制忍片的輸出端，其輸出端通過(guò)光電隔離電路與功率驅(qū)動(dòng)電路的輸入端相 連。
[0010] 所述邏輯綜合電路包括邏輯口器件74肥08。
[0011] 還包括測(cè)速電路，用于測(cè)試步進(jìn)電機(jī)的速度和轉(zhuǎn)向，并將測(cè)試結(jié)果通過(guò)上位機(jī)顯 示出來(lái)，所述測(cè)速電路的輸入端連接步進(jìn)電機(jī)的輸出端，其輸出端連接DSP控制忍片的輸入 JLjJU 乂而。
[0012] 所述測(cè)速電路包括一個(gè)雙相的光電編碼器。
[0013] 所述光電編碼器型號(hào)為E6A2-CW3C。
[0014] 還包括過(guò)流檢測(cè)電路，用于防止步進(jìn)電機(jī)故障燒毀，所述過(guò)流檢測(cè)電路的輸入端 連接步進(jìn)電機(jī)，其輸出端連接DSP控制忍片的尸￡)W/V7>J引腳。
[0015] 所述電源電路包括兩個(gè)串聯(lián)的電壓轉(zhuǎn)換忍片，用于將電源電壓轉(zhuǎn)換至DSP控制忍 片所需工作電壓。
[0016] 所述DSP控制忍片的型號(hào)為TMS320F2812,所述功率驅(qū)動(dòng)電路包括L298N雙全橋驅(qū) 動(dòng)忍片。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型至少具有W下有益效果。
[001引本實(shí)用新型通過(guò)上位機(jī)向DSP控制忍片發(fā)送指令，并通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換電路將來(lái)自DSP 控制忍片的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分值的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)DSP控制忍片轉(zhuǎn) 換的指令W及D/A轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換的模擬量驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。 本實(shí)用新型采用的細(xì)分驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不僅提高了步進(jìn)電機(jī)的精度，解決了低頻振蕩、高速轉(zhuǎn)矩 下降等問(wèn)題，而且它與傳統(tǒng)的單片機(jī)、FPGA控制忍片控制的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比具有成本低、體積 小、響應(yīng)快、使用安全等優(yōu)點(diǎn)，能很好的適應(yīng)各種場(chǎng)合的需求。
[0019] 進(jìn)一步的，本實(shí)用新型通過(guò)邏輯電路將DSP控制忍片中事件管理器EVA的比較單元 生成的兩路分別互補(bǔ)的PWM波和步進(jìn)電機(jī)的相序信號(hào)進(jìn)行邏輯綜合，采用專有邏輯口器件 74HC08來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯綜合，運(yùn)樣電路設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單，較易實(shí)現(xiàn)。74肥08是4輸入與口器件，將兩路 分別互補(bǔ)的PWM波和控制步進(jìn)電機(jī)的相序信號(hào)相與后，生成具有斬波的相序信號(hào)。經(jīng)斬波后 的相序信號(hào)輸入到功率驅(qū)動(dòng)電路，控制開(kāi)關(guān)管的通斷，采用斬波后的相序信號(hào)可W防止因 為能量聚集而引起的電機(jī)振動(dòng)。再者，將PWM波和4路相序信號(hào)相與后，通過(guò)改變PWM波的占 空比，等效生成階梯波形式（即占空比不同的階梯波），從而可W通過(guò)DSP控制忍片靈活的改 變步進(jìn)電機(jī)各相繞組的通斷狀態(tài)。
[0020] 進(jìn)一步的，因?yàn)镈SP控制忍片輸出的PWM波是數(shù)字信號(hào)，其頻率很高，但是電壓和電 流非常低，其驅(qū)動(dòng)能力較低，并且還需要電平轉(zhuǎn)換，不能直接驅(qū)動(dòng)功率驅(qū)動(dòng)電路中的驅(qū)動(dòng)忍 片，否則會(huì)有干擾，不能正常的工作，所W需要將DSP控制忍片和功率驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行光電隔 離，從而避免因兩側(cè)（即DSP控制忍片輸出的PWM波和輸入到驅(qū)動(dòng)忍片的PWM波，一側(cè)是DSP控 制忍片，一側(cè)是驅(qū)動(dòng)電路)信號(hào)電位不匹配而無(wú)法驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)忍片的問(wèn)題，還避免了不同信號(hào) 之間的串?dāng)_，保證了整個(gè)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性。
[0021] 進(jìn)一步的，本實(shí)用新型在步進(jìn)電機(jī)與DSP控制忍片之間連接過(guò)流保護(hù)電路，W防止 步進(jìn)電機(jī)故障燒毀，當(dāng)過(guò)流保護(hù)電路檢測(cè)到步進(jìn)電機(jī)繞組電流過(guò)高時(shí)，比較器(LM358)輸出 高電平，經(jīng)過(guò)與非口輸入到DSP控制忍片的乃亦厲巧引腳，處理器就會(huì)封鎖所有的比較寄存 器，使得PWM輸出通道全部轉(zhuǎn)換為高阻態(tài)，電機(jī)停止工作，使得系統(tǒng)得到很好地保護(hù)，從而保 護(hù)步進(jìn)電機(jī)。
[0022] 進(jìn)一步的，本實(shí)用新型采用2000系列DSP控制忍片TMS320F2812,運(yùn)種忍片是針對(duì) 電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制而設(shè)計(jì)的，具有片上外設(shè)資源多、內(nèi)置電機(jī)控制專用硬件電路、控制功能 軟件化實(shí)現(xiàn)W及設(shè)備簡(jiǎn)單方便等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1為本實(shí)用新型的原理框圖；
[0024] 圖 2 為TMS320F2812 電源電路；
[0025] 圖3為DSP控制忍片與74肥08連接圖；
[0026] 圖4為光禪隔離電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖5為DAC0832的連接電路圖；
[002引圖6為功率驅(qū)動(dòng)電路；
[0029] 圖7為過(guò)流檢測(cè)電路。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 為更好的理解本實(shí)用新型，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描 述。
[0031] 如圖1所示，一種新型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括上位機(jī)UDSP控制忍片2、D/A轉(zhuǎn)換電 路9、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、電源電路10、過(guò)流檢測(cè)電路7、光電編碼器8和步進(jìn)電機(jī)6,其中電機(jī)驅(qū)動(dòng) 模塊包括依次連接的邏輯綜合電路3、光電隔離電路4和功率驅(qū)動(dòng)電路5,測(cè)速電路包括雙相 的光電編碼器8。
[0032] 步進(jìn)電機(jī)6由直流電源11供電，上位機(jī)1與DSP控制忍片2雙向連接，電源電路10的 輸出端與DSP控制忍片2的輸入端連接，DSP控制忍片2的輸出端分別連接邏輯綜合電路和D/ A轉(zhuǎn)換電路9的輸入端，D/A轉(zhuǎn)換電路9的輸出端連接功率驅(qū)動(dòng)電路5輸入端，功率驅(qū)動(dòng)電路5 的輸出端連接步進(jìn)電機(jī)6的輸入端，光電編碼器8的輸入端連接步進(jìn)電機(jī)6的輸出端，其輸出 端連接DSP控制忍片2的輸入端，過(guò)流檢測(cè)電路7的輸入端連接步進(jìn)電機(jī)6，其輸出端連接DSP 控制忍片2的輸入端。
[0033] DSP控制忍片2選用TMS320F2812DSP控制忍片，雙相的光電編碼器8選用E6A2-CW3C 編碼器，邏輯綜合電路3選用74肥08邏輯口器件，光電隔離電路4選用肥化-0631高速光禪， 功率驅(qū)動(dòng)電路5選用L298N雙全橋驅(qū)動(dòng)忍片，D/A轉(zhuǎn)換電路9選用DAC0832忍片，過(guò)流檢測(cè)電路 7選用LM358雙運(yùn)算放大器，電源電路10選用兩個(gè)AMS1117系列的電源電換忍片。
[0034] 本實(shí)施例采用2000系列DSP控制忍片，運(yùn)種忍片是針對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制而設(shè)計(jì) 的，具有片上外設(shè)資源多、內(nèi)置電機(jī)控制專用硬件電路、控制功能軟件化實(shí)現(xiàn)W及設(shè)備簡(jiǎn)單 方便等優(yōu)點(diǎn)。
[0035] 上位機(jī)I提供一個(gè)人機(jī)界面，向DSP控制忍片2發(fā)送指令并顯示步進(jìn)電機(jī)6的工作狀 況。雙相的光電編碼器8旋轉(zhuǎn)時(shí)可輸出兩組脈沖信號(hào)，用于測(cè)試步進(jìn)電機(jī)6的速度和轉(zhuǎn)向，并 通過(guò)上位機(jī)1顯示出來(lái)。
[0036] -般DSP控制忍片2都采用多電源供電，因?yàn)镈SP控制忍片2的內(nèi)核電壓是1.8V或 1.9V，而IO端口電壓是3.3V，且通常供電電壓都是標(biāo)準(zhǔn)的5V電源，因此本實(shí)施例中的電源電 路10需要電壓轉(zhuǎn)換忍片進(jìn)行降壓并穩(wěn)壓，如圖2所示，AMS1117-3.3電源轉(zhuǎn)換忍片是將5V電 壓轉(zhuǎn)換為3.3V穩(wěn)壓忍片，AMSl 117-1.8電源轉(zhuǎn)換忍片是將3.3V電壓轉(zhuǎn)換為1.8V的穩(wěn)壓忍片。
[0037] 邏輯綜合電路3是將DSP控制忍片2中事件管理器EVA的比較單元生成的兩路分別 互補(bǔ)的PWM波和步進(jìn)電機(jī)6的相序信號(hào)進(jìn)行邏輯綜合，本實(shí)施例采用專有邏輯口器件74HC08 來(lái)實(shí)現(xiàn)，使電路設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單，較易實(shí)現(xiàn)。74HC08是4輸入與口器件，將兩路分別互補(bǔ)的PWM波 和控制步進(jìn)電機(jī)6的相序信號(hào)相與后，生成具有斬波的相序信號(hào)。經(jīng)斬波后的相序信號(hào)輸入 到功率驅(qū)動(dòng)模塊，控制開(kāi)關(guān)管的通斷，斬波后的相序信號(hào)可W防止因?yàn)槟芰烤奂鸬?步進(jìn)電機(jī)6振動(dòng)。再者，Pmi波和4路相序信號(hào)相與后，通過(guò)改變HVM波的占空比，等效生成階 梯波形式，并把生成的PWM通入功率驅(qū)動(dòng)模塊，從而實(shí)現(xiàn)通過(guò)DSP控制忍片2靈活的改變各相 繞組的通斷狀態(tài)。
[003引如圖3所示，邏輯綜合電路3接收DSP控制忍片2的信號(hào)，PWMl、PWM2、PWM3、PWM4分別 由DSP控制忍片TMS320F2812的GPI0A0-GPI0A4引腳產(chǎn)生，A相、/A相、B相、/B相的相序信號(hào)使 用TMS320F2812的6口1060、6口1061、6口1062、6口1063引腳。邏輯綜合電路3中邏輯器件74肥08 輸出的四路信號(hào)Y1、Y2、Y3、1?分別對(duì)應(yīng)于功率驅(qū)動(dòng)電路5中L298N忍片的IN1、IN2、IN3、IN4 引腳。
[0039] 因?yàn)镈SP控制忍片2輸出的PWM波是數(shù)字信號(hào)，其頻率很高，但是電壓和電流非常 低，驅(qū)動(dòng)能力低，并且還需要電平轉(zhuǎn)換，不能直接驅(qū)動(dòng)L298N，否則會(huì)有干擾，使步進(jìn)電機(jī)6不 能正常工作，因此需要將74HC08和L298N進(jìn)行光電隔離，運(yùn)樣可W避免因兩側(cè)（即DSP控制 忍片2輸出的PWM波和輸入到驅(qū)動(dòng)忍片的PWM波，一側(cè)是DSP控制忍片2, 一側(cè)是驅(qū)動(dòng)電路)信 號(hào)電位不匹配而無(wú)法驅(qū)動(dòng)L298N的問(wèn)題，還避免了不同信號(hào)之間的串?dāng)_，保證了整個(gè)控制系 統(tǒng)穩(wěn)定性。如圖4所示，本實(shí)施例采用HCPk0631高速光禪進(jìn)行隔離，在圖4中可W看出，電容 C5接電源端是去禪電容，它的作用是保證輸入電壓的穩(wěn)定性，因?yàn)榉磸?fù)開(kāi)關(guān)會(huì)導(dǎo)致電源電 壓的波動(dòng)，而與電源電壓直接串聯(lián)的電容，在穩(wěn)定時(shí)刻的電壓值是和電源電壓一樣的，當(dāng)電 源電壓低于理論值5V時(shí)，電容給HCPL-063充電。由于本電路5V電壓，電容取值0.1 uf，即可滿 足要求。肥化-0631高速光禪的1、4、6、7腳上拉電阻R2、R3、R4、R5,其作用是提高輸出電平， 增強(qiáng)電路的抗干擾能力，上拉電阻一般取值為470Q-IOkQ。
[0040] D/A轉(zhuǎn)換電路9是實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)6步距角細(xì)分的主要部分，D/A轉(zhuǎn)換電路9中的 DAC0832忍片將來(lái)自DSP控制忍片2的細(xì)分值的8位數(shù)字量轉(zhuǎn)換為步進(jìn)電機(jī)6電流的模擬量， 使其呈階梯狀上升或下降。DAC0832忍片輸出的是電流值，功率驅(qū)動(dòng)電路5需要其輸出的為 電壓值，因此在DAC0832忍片外接一個(gè)運(yùn)算放大器將輸出轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷褐?。如圖5所示， DAC0832忍片中的D0-D7為數(shù)字量輸入端，分別對(duì)應(yīng)于固化在DSP控制忍片的EPROM中的正余 弦函數(shù)表中的細(xì)分值的數(shù)字量，即GPI0D0-GPI0D7對(duì)應(yīng)DA模塊的D0-D7輸入端，輸出的化efA 送入到功率驅(qū)動(dòng)電路5。
[0041] 如圖6所示，功率驅(qū)動(dòng)電路5采用的L298N雙全橋驅(qū)動(dòng)忍片，其內(nèi)部由兩組完全相同 的全橋電路組成。每一個(gè)全橋電路又由四個(gè)MOSFETW及!TL邏輯電路構(gòu)成，通過(guò)對(duì)邏輯電平 輸入端INl、IN2、IN3、IN4W及使能端EnA、EnB輸入不同的r^L邏輯電平，就能開(kāi)通不同的 MOSFET，完成對(duì)電機(jī)繞組的正、反向的通電控制。L298N的1引腳和15引腳接到測(cè)流電阻R6和 R7上用來(lái)電流采樣。由DSP控制忍片2產(chǎn)生的兩路PWM波分別輸入到L298N忍片的使能端化A、 EnB,用W控制電機(jī)繞組輸入電壓的通斷。由DSP控制忍片2的I/O口輸出的邏輯電平經(jīng)過(guò)邏 輯電路輸出的四路信號(hào)Y1、Y2、Y3、Y4輸入到L298N的IN1、IN2、IN3、IN4端用來(lái)確定電機(jī)繞組 電壓的方向。采用兩只0.5 Q/2W的精密電阻R6和R7測(cè)量電機(jī)兩相繞組電流，采樣電流通過(guò) ADC00、ADC01經(jīng)處理后送到DSP控制忍片的A/D轉(zhuǎn)換模塊。接口 J6接到步進(jìn)電機(jī)上，八個(gè)大功 率二極管D1-D8在運(yùn)里起續(xù)流作用。
[0042] 為防止步進(jìn)電機(jī)6故障燒毀，必須在電機(jī)繞組電流過(guò)高時(shí)停止對(duì)電機(jī)供電，所W在 步進(jìn)電機(jī)6和DSP控制忍片2之間設(shè)計(jì)有過(guò)流保護(hù)電路。如圖7所示，過(guò)電流保護(hù)電路中的 LM358,由兩只分壓電阻R9和RlO將巧V電壓分壓至IV，送到比較器同相端，Rll為正反饋電 阻。由電流采樣電路送來(lái)的A、B兩相電流信號(hào)經(jīng)過(guò)兩只二極管D9和DlO送比較器反相端，比 較器輸出PINTA端信號(hào)經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換后送到DSP控制忍片的p/)PA7 I引腳。平時(shí)比較器反向 端的電壓較低，所W其輸出PINTA端都是高電平。由于DlO和D9正向?qū)ǖ膲航导s為0.7V，所 W當(dāng)ADC00、ADC01任何一處的電壓超過(guò)1.7V時(shí)比較器將觸發(fā)，在PINTA端輸出一個(gè)低電平。 運(yùn)個(gè)低電平信號(hào)將在DSP控制忍片內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)等級(jí)最高的中斷，使DSP控制忍片停止輸出 PWM波，從而使步進(jìn)電機(jī)斷電。電阻R8與電容C6-起構(gòu)成一個(gè)濾波環(huán)節(jié)，防止系統(tǒng)因外界干 擾誤觸發(fā)。由于電機(jī)繞組電流采樣電阻為0.5 Q，對(duì)應(yīng)1.7V的觸發(fā)電壓，電機(jī)電流為3.4A，亦 即當(dāng)電機(jī)電流超過(guò)3.4A時(shí)系統(tǒng)將保護(hù)動(dòng)作。
[0043] 本實(shí)用新型是針對(duì)兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，它的細(xì)分控制的核屯、思想就是控制電機(jī) A、B兩相繞組的電流，使其在設(shè)計(jì)好的細(xì)分?jǐn)?shù)下輸出相應(yīng)的電流，型號(hào)為TMS320F2812的DSP 控制忍片輸出存儲(chǔ)在邸PROM中對(duì)應(yīng)的細(xì)分電流正弦表即TMS320F2812產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)細(xì)分值 的數(shù)字量，本實(shí)用新型中使用了 GPIOB的低8位輸出步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分值，最高細(xì)分?jǐn)?shù)是256， 并根據(jù)產(chǎn)生的細(xì)分值去查表（固化在邸PROM中的正余弦函數(shù)表），邸PROM是DSP控制忍片的 組成部分。
[0044] 本實(shí)用新型使用了兩個(gè)DA轉(zhuǎn)換模塊，因此DSP控制忍片也需要產(chǎn)生DA模塊的選擇 信號(hào)，該模塊使用的雙緩沖模式的DAC0832,輸入的細(xì)分值決定正余弦表的步長(zhǎng)，而DSP控制 忍片又將正余弦表中的運(yùn)些數(shù)字量轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的階梯電流值，從而使步進(jìn)電機(jī)的相電 流成階梯狀的上升和下降，也就實(shí)現(xiàn)了細(xì)分電流的目的，其結(jié)果是步進(jìn)電機(jī)的固有步距角 細(xì)分成若干小步，就克服了低頻振蕩、失步及高速運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)矩下降等問(wèn)題。
[0045] 綜上所述，本實(shí)用新型采用的細(xì)分驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不僅提高了步進(jìn)電機(jī)的精度，解決了 低頻振蕩、高速轉(zhuǎn)矩下降等問(wèn)題，還使本實(shí)用新型與傳統(tǒng)的單片機(jī)、FPGA控制忍片控制的驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)相比具有成本低、體積小、響應(yīng)快、使用安全等優(yōu)點(diǎn)，能很好的適應(yīng)各種場(chǎng)合的需求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種新型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于:包括上位機(jī)、DSP控制忍片、D/A轉(zhuǎn)換電路、 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、電源電路和步進(jìn)電機(jī)，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊包括功率驅(qū)動(dòng)電路； 所述上位機(jī)與DSP控制忍片雙向連接，所述電源電路的輸出端與DSP控制忍片的輸入端 連接，所述DSP控制忍片的輸出端分別連接電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和D/A轉(zhuǎn)換電路的輸入端，所述D/A 轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊中功率驅(qū)動(dòng)電路的輸入端，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的輸出 端連接步進(jìn)電機(jī)的輸入端； 所述上位機(jī)用于向DSP控制忍片發(fā)送指令，所述D/A轉(zhuǎn)換電路用于將來(lái)自DSP控制忍片 的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分值的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，并將該模擬量送入功率驅(qū)動(dòng)電路，所述電機(jī)驅(qū) 動(dòng)模塊根據(jù)DSP控制忍片的信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，所述電源電路用于向DSP控制忍片提供 工作電壓。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于:所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊還包 括邏輯綜合電路，用于將DSP控制忍片中事件管理器EVA生成的兩路分別互補(bǔ)的PWM波和步 進(jìn)電機(jī)的相序信號(hào)進(jìn)行邏輯綜合，所述邏輯綜合電路的輸入端連接DSP控制忍片的輸出端， 其輸出端通過(guò)光電隔離電路與功率驅(qū)動(dòng)電路的輸入端相連。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于:所述邏輯綜合電路包括 邏輯口器件74肥08。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于:還包括測(cè)速電路，用于 測(cè)試步進(jìn)電機(jī)的速度和轉(zhuǎn)向，并將測(cè)試結(jié)果通過(guò)上位機(jī)顯示出來(lái)，所述測(cè)速電路的輸入端 連接步進(jìn)電機(jī)的輸出端，其輸出端連接DSP控制忍片的輸入端。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的新型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于:所述測(cè)速電路包括一個(gè) 雙相的光電編碼器。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的新型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于:所述光電編碼器型號(hào)為 E6A2-CW3C。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于:還包括過(guò)流檢測(cè)電路， 用于防止步進(jìn)電機(jī)故障燒毀，所述過(guò)流檢測(cè)電路的輸入端連接步進(jìn)電機(jī)，其輸出端連接DSP 控制忍片的PDPINTA引腳。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于:所述電源電路包括兩個(gè) 串聯(lián)的電壓轉(zhuǎn)換忍片，用于將電源電壓轉(zhuǎn)換至DSP控制忍片所需工作電壓。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于:所述DSP控制忍片的型 號(hào)為TMS320F2812,所述功率驅(qū)動(dòng)電路包括L298N雙全橋驅(qū)動(dòng)忍片。
【文檔編號(hào)】H02P8/14GK205681357SQ201620474676
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年5月23日 公開(kāi)號(hào)201620474676.9, CN 201620474676, CN 205681357 U, CN 205681357U, CN-U-205681357, CN201620474676, CN201620474676.9, CN205681357 U, CN205681357U
【發(fā)明人】張新榮, 曾春艷, 李丹丹, 王超, 康廣慶
【申請(qǐng)人】長(zhǎng)安大學(xué)