專利名稱：一種升頻升壓型步進電機的驅(qū)動方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種升頻升壓型步進電機的驅(qū)動方法，屬混合式步進電機驅(qū)動控制技術(shù)領(lǐng)域。
步進電機及其驅(qū)動裝置因其具有較好的定位性能和較低的成本，在經(jīng)濟型數(shù)控領(lǐng)域和其它需要準(zhǔn)確定位的加工、制造及檢測設(shè)備當(dāng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。但是由于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(yīng)用受到限制；如何對步進電機的低頻振動通過驅(qū)動控制技術(shù)進行減輕和抑制，是步進電機應(yīng)用中的一個重要問題。在現(xiàn)有的步進電動機驅(qū)動技術(shù)當(dāng)中，細分控制技術(shù)和升頻升壓控制技術(shù)是能夠較為有效的降低步進電機低頻運轉(zhuǎn)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(shù)實現(xiàn)較為復(fù)雜，特別是當(dāng)電機相數(shù)較多時(如五相)不易實現(xiàn)且成本較高；升頻升壓控制技術(shù)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(huán)控制，因而存在以下主要問題①電壓開環(huán)控制，易受供電電壓波動影響；②電機繞組電流由驅(qū)動器輸出電壓與繞組電阻決定，因此電流易受環(huán)境(電源電壓、電機參數(shù)等)影響，導(dǎo)致電機發(fā)熱或轉(zhuǎn)矩下降；③由于電機電阻很小，低速運行時驅(qū)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(yīng)性較差；④驅(qū)動器適應(yīng)性差，針對不同規(guī)格型號的電機須相應(yīng)調(diào)整。
本發(fā)明的目的是設(shè)計一種升頻升壓型步進電機的驅(qū)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(shù)與升頻升壓技術(shù)有機地結(jié)合，以提高驅(qū)動器電壓和電流的可控制性，從而提高驅(qū)動性能及可靠性。
本發(fā)明提出的升頻升壓型步進電機的驅(qū)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(jīng)功率轉(zhuǎn)換后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沖信號和方向信號通過信號轉(zhuǎn)換生成控制步進電機通電順序所需的方波信號，該信號經(jīng)放大后成為上述第一步的功率轉(zhuǎn)換所需的控制信號；3、對上述第一步的用于功率轉(zhuǎn)換的的直流電壓進行檢測、采樣，形成電壓反饋信號；4、將外部控制用的步進脈沖信號的頻率轉(zhuǎn)換成電壓信號，該信號用以控制功率轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)，形成一個電壓控制信號，該信號再經(jīng)脈寬調(diào)制處理，變換為占空比可變的方波脈沖信號，此信號用來控制直流斬波，進而控制用于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(chǎn)生的電流進行檢測，并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(diào)制處理，產(chǎn)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(chǎn)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(diào)制成為能夠控制電機的電壓。
本發(fā)明改進了原有的升頻升壓驅(qū)動控制技術(shù)，通過采用電壓反饋及比例積分調(diào)節(jié)，實現(xiàn)閉環(huán)升頻升壓控制，消除了外界環(huán)境對驅(qū)動裝置輸出的影響，提高了可靠性；同時，將電流閉環(huán)控制技術(shù)引入升頻升壓控制中，實現(xiàn)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(qū)動裝置的快速性能和對電機的適應(yīng)性，也進一步提高了裝置的可靠性。


圖1為本發(fā)明方法的流程框圖。
圖2為本發(fā)明的一個實施例結(jié)構(gòu)框圖。
圖3是實施例中電壓閉環(huán)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(jié)合附圖詳細介紹本發(fā)明的內(nèi)容在圖2所示的本發(fā)明的實施例中，1是用于信號轉(zhuǎn)換的環(huán)形分配器，2和3是用于前級放大的功放橋前級驅(qū)動器，4是用于功率轉(zhuǎn)換的功放橋，5是用于檢測電流和電流控制的電流控制器，6是將脈沖頻率轉(zhuǎn)換為電壓信號的頻率/電壓轉(zhuǎn)換器，7是用于比例積分調(diào)節(jié)和脈寬調(diào)制的比例積分調(diào)節(jié)及電壓脈寬調(diào)制器，8是用于直流斬波的斬波管前級驅(qū)動器，9是用于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(zhuǎn)換器6、比例積分調(diào)節(jié)及電壓脈寬調(diào)制器7、斬波管前級驅(qū)動器8構(gòu)成了電壓閉環(huán)控制，首先頻率/電壓轉(zhuǎn)換器6將步進脈沖的頻率轉(zhuǎn)換為電壓信號作為直流電壓給定，比例積分調(diào)節(jié)及電壓脈寬調(diào)制器7通過對直流電壓的采樣反饋，實現(xiàn)對功放橋直流電壓的比例積分調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)器輸出的脈寬調(diào)制信號通過前級驅(qū)動器控制功率管實現(xiàn)斬波控制；電流采樣通過功放橋的下臂放置電阻完成，各相電流采樣信號經(jīng)過電流控制器5的最大值取樣電路獲取電流反饋值，并由此電流反饋控制功率橋的下橋臂功率管，調(diào)節(jié)各相的輸出電流幅值；電流控制器5的電流給定信號受控于頻率/電壓轉(zhuǎn)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(xiàn)升頻升流控制。
圖3及圖4給出了電壓閉環(huán)控制部分和電流控制部分的具體實現(xiàn)方法。
參見圖3,IC1為頻率/電壓轉(zhuǎn)換集成電路，其接收步進脈沖信號并轉(zhuǎn)換為直流電壓信號，該直流電壓的幅值V與接收的脈沖信號的頻率fin成一定的比例關(guān)系V=k*fin(k為比例系數(shù))，并作為功放橋的直流電壓給定信號送入IC2；IC2為脈寬調(diào)制控制集成電路，通過電阻R5及電容C3構(gòu)成比例積分調(diào)節(jié)器，實現(xiàn)給定信號與反饋信號的無靜差反饋控制，由IC2經(jīng)比例積分調(diào)節(jié)產(chǎn)生的脈寬調(diào)制控制信號，通過由三極管構(gòu)成的前級驅(qū)動電路控制功率管，實現(xiàn)直流電壓的斬波調(diào)節(jié)。
參見圖4，通過由圖中所示的二極管D1～D5構(gòu)成的取樣電路取得的電流反饋信號與由頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生的電流給定信號，經(jīng)過比較器IC3產(chǎn)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(guān)頻率基準(zhǔn)由振蕩器IC4產(chǎn)生，IC5在控制激勵與頻率基準(zhǔn)的共同作用下產(chǎn)生電流控制脈寬調(diào)制信號；IC6為信號合成電路，將電流控制脈寬調(diào)制信號與各相的環(huán)分控制信號合成，形成各相的下橋臂控制信號，并通過前級驅(qū)動放大控制功率管進行工作。
權(quán)利要求
1.一種升頻升壓型步進電機的驅(qū)動方法，其特征在于，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(jīng)功率轉(zhuǎn)換后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沖信號和方向信號通過信號轉(zhuǎn)換生成控制步進電機通電順序所需的方波信號，該信號經(jīng)放大后成為上述第一步的功率轉(zhuǎn)換所需的控制信號；(3)對上述第一步的用于功率轉(zhuǎn)換的的直流電壓進行檢測、采樣，形成電壓反饋信號；(4)將外部控制用的步進脈沖信號的頻率轉(zhuǎn)換成電壓信號，該信號用以控制功率轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)，形成一個電壓控制信號，該信號再經(jīng)脈寬調(diào)制處理，變換為占空比可變的方波脈沖信號，此信號用來控制直流斬波，進而控制用于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(chǎn)生的電流進行檢測，并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(diào)制處理，產(chǎn)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(chǎn)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(diào)制成為能夠控制電機的電壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種升頻升壓型步進電機的驅(qū)動方法,首先將外部步進脈沖信號和方向信號轉(zhuǎn)換成功率轉(zhuǎn)換控制信號,將外部控步進脈沖信號的頻率轉(zhuǎn)換成電壓信號,將由功率變換產(chǎn)生的電流進行檢測,與電壓信號進行比較及脈寬調(diào)制處理,產(chǎn)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(chǎn)生控制功率變換的信號,從而將直流電壓調(diào)制成為能夠控制電機的電壓。本發(fā)明實現(xiàn)了閉環(huán)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(yōu)先權(quán)日2001年2月23日
發(fā)明者盧海惟, 王璐 申請人:北京四通電機技術(shù)有限責(zé)任公司