基于STM32的两相羼杂式步进电机细分驱动器打算

  是一种操纵平凡的限制电机□□□,其特性是不应用处所反应回道就能举行速率限制及定位限制□□□□,即所谓的电机开环限制。相对待伺服电机□□□□,步进电机 细分设置□□□,正在工业运动限制体系中有着平凡的行使。然而□□□,守旧的驱动形式□□□,比方单电压驱动、崎岖电压驱动、斩波恒流驱动等等□□□□,固然曾经行使相等成熟□□□,然则只限于低速运转□□□□□,而且细分过活常节制正在1/2步距□□□□□,无法很好肃清低频振荡□□□□,以及定位精度差等舛错。细分驱动的产生很好地填充了这一舛错。

  常睹的细分限制器日常由MCU、专用逻辑驱动芯片以及功率驱动模块构成□□□,云云的驱动器固然能餍足众细分驱动□□□,但因为细分数目和成效会受到逻辑驱动芯片的影响□□□□□,而且无法调理细分数和限流值、从而变成体系调试穷苦、矩频性格差等舛错。

  本文应用ST公司的32位□□□□,加上MOSFET驱动模块及电传播感模块□□□□□,省去了逻辑驱动芯片。电机电流采用单片机内部AD采样□□□□□,限制逻辑算法直接由单片机软件杀青□□□□,MOSFET遵守外部输入的脉冲速率及内部的时序来运转□□□□□,从而大大简化了行使电道□□□□□,抬高了电道的通用性和驱动本能。

  STM32F103RB采用ARM公司最新的Cortex-M3内核□□□,具有运转速率高、处分才力强、外设接口丰厚等特质。因为其低廉的价值和很强的限制、步进电机 细分设置运算本能□□□,被平凡操纵于电机限制。其的确本能目标如下□□□□:1)事务频率□□□□□:最高72MHz;事务温度规模□□□□:-40~+85℃;宽电压供电□□□:2.0~3.6V;2)128k字节的闪存存储器和16k的SRAM;3)12位16通道AD转换用具有双采样和坚持功用□□□□,转换时候最短1μs。4)3个16位通用按时器□□□□,每个按时器有众达4个通道□□□□,用于输入搜捕/输出较量/PWM或脉冲输出;1个16位带死区限制盒急切刹车□□□,用于电机限制的PWM高级控拟定时器。

  日常两相步进电机驱动分为单极型和双极性驱动两种□□□□□,单极型驱动实用于6线制电机□□□,云云的驱动方式等于将两相电机改观为四相电机□□□□□,从皮相上看步距角缺损减小了□□□□,实则是以捐躯电机的拖动转矩换来的□□□,云云电机的带负载才力就会大大消浸。而双极型驱动则首要针对两相四线(或者八线制)电机□□□□□,日常板滞步距角为50齿1.8°(也可为100齿0.9°价值较贵)□□□□□,故细分驱脱手艺首要是通过对步进电机的相电流举行阶梯化限制□□□□,使电机的以更小的单元步距角运转□□□□,从而减小步长和低频振荡。

  细分驱动的思思是把历来纯粹的对转子电流的通断历程改革为慢慢的改革各相绕组的电流巨细和对象□□□,使电机内部的空间合成磁场慢慢改革□□□□,云云就能把历来的一个步距角的通电形式改革成为随从电流的阶梯波□□□,造成众步。的确的揣度方式如下□□□:

  从而可睹□□□□□,两相夹杂式步进电机的细分即是限制两相绕组中的电流巨细。步进电机 细分设置理思形态下□□□□,电机内部的磁场为圆形空间挽回磁场□□□□□,使步进电机遵守换取同步电机的形式挽回。而AB相的理思电流为正弦波□□□,而日常情形下通过阶梯波来模仿正弦波□□□□□,从而到达恒转矩幅值的限制成效。而转矩的巨细由合成磁场的矢量来决计□□□□□,即相邻两个合成磁场的夹角为细分步距角。

  每当β变革一度□□□□,则步进电机走过1/360的电角度□□□,比方日常的8细分限制□□□□,则β的步长为π/16。所认为了杀青对两相夹杂式步进电机的恒转矩细分限制□□□,就必要正在电机的两相绕组中通以按正弦次序变革并互差90°相位的的两相电流□□□□□,阶梯越微小□□□□□,越靠拢于正弦波□□□,步距角也越小□□□,细分成效越好。

  基于STM32F103RB驱动体系的硬件片面首要由信号输入端、电源输入端、电源模块、MOSFET驱动模块、H桥模块和采样放大模块构成。总体硬件图如图3所示。

  正在硬件打算中□□□,必要从外部输入3种信号□□□□□:Enable使能信号、Dir电机转向信号以及Frequency速率脉冲信号。Enable信号为使能信号□□□□,为防御电机正在放手时□□□□,定子绕组依然通电变成的电机发烧而树立的电机转子断电信号。Dir信号限制电机的转向;而Frequency信号为外部限制器件发出的方波脉冲信号□□□□,此信号的频率将决计电机的转速□□□□□,3个限制信号均由光耦与内部断绝。

  驱动器上电前需通过拨码开闭树立细分数和限流值□□□,目前细分最众支柱16细分□□□□□,限流值日常为电机绕组可担当的最大电流的1.2倍支配□□□,可能树立6档限流值。驱动器最大可担当4A的电流。

  驱动体系的电源由一个外部输入的24~48V的直流电源输入接线端□□□□,然后通过BUCK降压芯片至5V为内部光耦、较量器和运放供电□□□,然后将5V通过LDO降至3.3V给MCU供电□□□□,云云MCU能获取相对洁净的电源。另一同外部电源始末电阻分压□□□□,出现一个15V电源用于MOSFET驱动芯片IR2010的供电。

  MOSFET驱动片面采用IR公司的IR2101S驱动芯片来驱动双H桥□□□,从而靠双H桥来限制一个四线是IR公司临蓐的一款高性价比驱动器□□□□□,应用方式非凡纯粹□□□□□,性价比高□□□,能输出100~210mA电流。IR2101驱动器可驱动一组功率管□□□□□,一切功率电道需4片即可□□□□,云云不仅俭省成立本钱□□□□□,况且还抬高体系安定性。其驱动电道如图4所示。

  本体系应用采样电阻来收集始末H桥(即电机的定子电流)。此处采样电阻阻值较量大时□□□□,会使电阻分压过大□□□,变成H桥的低端电压高于地电压□□□□,影响体系的安定性□□□□,而阻值太小又会使信号过小影响检测精度□□□,以是本体系选用0.1Ω电阻动作采样电阻。然后始末LMV358放大后□□□□,成为0~3V的电压信号□□□,正在始末一个随从器后□□□,进入MCU片上AD□□□,举行数模转换□□□□,放大后的信号还维系一个较量器用于过流包庇。

  体系软件主标准框图如图5和图6所示□□□□,图5为主标准软件框图□□□,图6为ADC停滞软件流程图。

  主标准处于死轮回形态□□□□,每次外部信号Enable后□□□,就会锁存外部的限制频率□□□□□,对象□□□□□,步进电机 细分设置限流值□□□□□,细分度等信号□□□□,然后举行内部参数初始化□□□□,恭候改革按时器计时完毕后就入手遵守计时中的ADC停滞及按时器停滞实行的参数揣度举行调剂处所和速率。

  此中ADC正在每个PWM的上升沿触发□□□,采样两相电流举行处分□□□□,而且将其送给PI调剂器调剂PWM占空比□□□□□,而且每次都市与限流值举行较量□□□□□,一朝电流突出限流值□□□□,则自行推行脱机。这些标准正在停滞中实行□□□□,可能是体系更具有及时性。其它□□□,每次走完一个阶梯的波形后□□□,标准将触发timer3计数器□□□□□,举行细分步数的揣度□□□□□,从而速的调一切周期的细分数。Timer3标准流程图如图7所示。

  电机的细分步数为每次Enable之后方能调理□□□□,而细分值外则由揣度好的正余弦参数存于MCUFlash中。

  本体系采用电流及时采样并举行PI调剂□□□□□,使两相夹杂式步进电机的恒转矩运转□□□□□,真正到达了电流矢量稳定限制□□□,正在测试中可能有用的低落低频振荡□□□,步进电机 细分设置而且□□□□,正在16细分的形态下限制事务□□□,大幅度的减小了噪声和阻尼振荡□□□□□,是一种有用的限制步进电机的本领。

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