一種指數升降頻正弦波細分的兩相混合式直線步進電動機驅動器研究
摘要：介紹了一種基于C8051F005單片機控制的兩相混合式直線步進電機(LRⅡ)驅動器。驅動器具有恒流斬波、指數升降頻和正弦波等幅均勻細分的功能。測試結果表明，驅動器具有良
好的動態和靜態特性，并且結構簡單，使用方便，可作為LtM本體研發的配套設備，通過修改軟件參數也可推廣應用于其它LtM的驅動控制，具有較好的應用前景。關鍵詞：直線步進電動機，指數升降頻，均勻細分，測試

0引言
    目前我國自行研發的直線步進電機驅動控制器和國外相比差距很大，實際應用中多使用國外的通用驅動控制器，成本較高，國內產品種類很少，而且大部分產品細分只有較少檔位，定位精度不理想，電機運行不流暢，噪音較大，調速控制幾乎都采用直線升降速控制技術，不能很好地發揮直線步進電機的加虛陛能，速度可調節范圍窄。這些因素嚴重制約了我國直線脈沖電機的推廣應用。1驅動控制方案
1 1驅動控制技術概述
    (1)常規驅動技術主要指單電壓串電阻驅動、雙電壓驅動和高低壓驅動。優點是電路簡單、成本低，缺點是能量消耗大，電機低頻運行不平穩，噪聲較大，控制精度不夠高”“。
    (2)恒流斬波驅動技術優點是能夠保證電機牽出轉矩的平均值基本恒定，同時電機的高頻響應得以提高，共振現象減弱，缺點是不能解決電機本身所固有的低頻振動問題。
    (3)細分驅動控制技術優點是能提高電動機的系統分辨率和運行平穩性，解決低頻振動問題，進一步改善系統的牽出特性。
    (4)加減速升降頻控制技術優點是避免因失步無法起動、運行過程中失步及停止時過沖等現象。
1 2方案選擇
    Lmd最動和噪聲比其他類型的微電機都高。細分驅動技術可將電機的脈沖細化，減小步距，保證電機低速時平穩運行；在電機相數和極數一定的情況下能提高電機的分辨率，實現精確定位。由I_,PM力一速特性可知，電機的電磁推力隨著脈沖頻率的上升而下降，起動頻率越高，起動電磁
推力越小，帶載能力越差。當起動頻率較高時，起動時會造成失步，停止時又會發生過沖。因此，當電機以較高的速度工作，必須借助于升降頻控
制才能實現，但如果升降頻過程中輸出的脈沖頻率變化不合理，則使電機失步且升降速時間延長，甚至使電磁推力達不到設計指標，限制了電機的****工作速度∞J。
    綜上所述，驅動控制方案確定為按指數規律升降速的正弦波等幅均勻細分驅動控制。
2  算  法
2．1正弦波細分算法
    【,PM可認為是旋轉步進電機的展開，所以，旋轉步進電機正弦波等幅均勻細分算法也同樣適用于對LPM的控制。
    設兩相混合式旋轉步進電機的兩相繞組中電流滿足如下相角關系：
  式中，p為電機軸預置位置的電角度；k為永磁鐵等效勵磁電流的幅值。
    對于理想化模型(不計鐵心飽和的影響并忽略磁導中高次諧波的影響)，兩相繞組中分別通人模擬的正、余弦電流則可得到類似同步機的轉矩特
性，使電機均勻旋轉。等幅均勻細分算法是用有限的數字化電流量來模擬正弦電流，從而實現驅動控制。圖l為8細分時，在一個步距內電機A、B兩相繞組電流的變化情況。

2．2指數升降頻算法
    一般的升降速規律設計，常常選擇按直線規律升降速。這種控制方法簡單。但由于它的脈沖頻率變化為一個恒定的加速度，所以不能保證升降速過程中動子加速度的變化與它的電磁推力變
化相適應，未能很好地發揮電機的加速性能。因此，有必要對脈沖頻率進行合理地研究與論證，
尋求一種較理想的升降速曲線，使電機在運行過
程中能夠快速定位，并且運行步數準確∽。J。
    為了找出理想的升降速規律，依據LPM動力學方程和力一速度特性曲線推導升降速曲線如下：直線脈沖電機的動力學方程式