亚洲狠狠干,亚洲国产福利精品一区二区,国产八区,激情文学亚洲色图

一種固定占空比步進電機恒流驅(qū)動系統(tǒng)及方法

文檔序號:9790452閱讀:869來源:國知局
一種固定占空比步進電機恒流驅(qū)動系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及到電機控制技術領域,具體涉及一種固定占空比步進電機恒流驅(qū)動系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002]步進電動機是一種將電脈沖信號轉化為相應角位移的執(zhí)行機構,其控制精度高,控制方式靈活方便,已廣泛應用在航天、航空、電子等領域。在非超載的情況下,電機的轉速、停止位置只取決于脈沖信號的頻率和個數(shù),而不受負載變化的影響。通過控制脈沖個數(shù)和脈沖頻率分別實現(xiàn)電機的定位和調(diào)速。
[0003]步進電機轉動時,當流經(jīng)電機線圈的電流超過額定電流時,電機會產(chǎn)生很高的溫升,有可能會燒毀電機;大電流易產(chǎn)生較大的電流畸變,導致電機轉矩脈動、噪聲加大,低速轉動時易產(chǎn)生振動失步及停止時的過沖現(xiàn)象,最終導致電機運行穩(wěn)定性和定位精度受到影響,故必須對電機電流進行控制。
[0004]傳統(tǒng)電機恒流驅(qū)動技術一般采用電流閉環(huán)方式實現(xiàn),即將相電流大小作為控制量,其給定值與反饋值實時比較,其差值經(jīng)PID解算器或遲滯比較器,實時調(diào)整PWM占空比,達到調(diào)節(jié)電流目的。
[0005]圖1所示為傳統(tǒng)步進電機恒流驅(qū)動功能框圖,其功能單元包括:控制單元1、驅(qū)動電路2、功率電路3、電流傳感器4、保護電路5。
[0006]所述控制單元設于電路板上,用于實現(xiàn)步進電機恒流驅(qū)動控制功能,包括脈沖分配器7、PWM發(fā)生器8、A/D轉換9、PID解算器或遲滯比較器10以及邏輯運算器11組成。
[0007]所述脈沖分配器依據(jù)脈沖信號和方向信號,產(chǎn)生步進電機開環(huán)控制邏輯,其輸出端與邏輯運算器相連。
[0008]所述A/D轉換用于采樣電機繞組電流If,給定電流1與電機繞組電流If做差后,輸入PID解算器。
[0009]所述PID解算器或遲滯比較器根據(jù)輸入電流差值,實時解算HVM占空比,其輸出端與邏輯運算器相連。
[0010]所述邏輯運算器結合脈沖分配器輸出邏輯和PffM發(fā)生器發(fā)出的PWM信號,產(chǎn)生電機恒流驅(qū)動邏輯,其輸出端與驅(qū)動電路相連。
[0011]所述驅(qū)動電路,輸入端為控制單元,輸出端為功率電路,用于控制功率管的通斷。
[0012]所述功率電路,輸入端為驅(qū)動電路,輸出端為電機繞組,依據(jù)驅(qū)動邏輯實現(xiàn)對電機繞組電流的受控供電。
[0013]所述電流傳感器,輸入端為電機繞組,輸出端為保護電路和控制單元,用于將電機繞組電流轉換為電壓信號。
[0014]所述保護電路,輸入端為電流傳感器,輸出端為驅(qū)動電路,用于實現(xiàn)電機電流過流保護,當電機繞組電流超出限值則斷開功率管。
[0015]圖2所示為傳統(tǒng)步進電機恒流驅(qū)動原理圖,施加電壓在線圈繞組上,每拍控制中,若電機繞組電流I f超過電流給定值1,則通過減小PWM占比或關斷所加的電壓U,使電流減少;若電機繞組電流If低于所設定的電流1,則通過增大PWM占空比或打開所加的電壓U,使電流增加至所設定的電流值1,如此反復,使電機繞組電流恒定。
[0016]傳統(tǒng)步進電機恒流驅(qū)動的缺點在于:
[0017]1、大多采用模擬或數(shù)字電路實現(xiàn),需要使用A/D轉換芯片采集電機繞組電流,硬件電路結構復雜;
[0018]2、每拍控制中,需要根據(jù)反饋電流大小實時解算P麗占空比,軟件靈活性差、復雜度高、可移植性和擴展性均較差。
[0019]因此,在滿足電流閉環(huán)需求的前提下,如何降低軟件設計復雜度、簡化硬件設計,成為亟待解決的技術問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]本發(fā)明為了有效地解決【背景技術】中的問題,本發(fā)明給出了一種結構簡單、運算過程簡便、制造成本低并且利用固定占空比P麗信號對電機恒流驅(qū)動的固定占空比步進電機恒流驅(qū)動系統(tǒng)及方法。
[0021]本發(fā)明的具體技術方案是:
[0022]本發(fā)明提出了一種固定占空比步進電機恒流驅(qū)動系統(tǒng),包括控制單元、驅(qū)動電路、功率電路、步進電機、電流傳感器以及保護電路;所述控制單元包括脈沖分配器、PffM發(fā)生器以及邏輯運算器;其改進之處是:控制單元還包括比較器,所述比較器包括輸入正端、輸入負端以及輸出端,輸入負端連接步進電機繞組電流給定值,輸入正端與電流傳感器連接用于接收步進電機繞組電流反饋值;輸出端與邏輯運算器相連。
[0023]上述PffM發(fā)生器接收外部輸入的固定占空比。
[0024]上述固定占空比為0.4?0.6,頻率為6?20kHz。
[0025]基于上述的固定占空比步進電機恒流驅(qū)動系統(tǒng),現(xiàn)提出該系統(tǒng)的方法,包括以下步驟:
[0026]I)設定步進電機繞組的電流給定值1,并將其輸入至比較器負端;
[0027]2)通過電流傳感器采集步進電機繞組的電流反饋值If,并將其發(fā)送至比較器正端;
[0028]3)通過比較器對步進電機繞組電流的電流反饋值I f與步進電機繞組的電流給定值1進行比較;當If>1時,比較器輸出高電平,否則輸出低電平;
[0029]在每拍控制中,當比較器輸出端為低電平時,邏輯運算器輸出信號為脈沖分配器輸出的控制邏輯信號;
[0030]當比較器輸出為高電平時,邏輯運算器輸出為脈沖分配器輸出的控制邏輯信號和PWM發(fā)生器輸出的PWM信號相與的結果;邏輯運算器檢測到比較器輸出的高電平之后,不再響應比較器輸出是否為高電平或者低電平,直到下一拍控制,再次響應比較器輸出。
[0031]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0032]1、采用比較單元替代傳統(tǒng)設計中的A/D轉換和PID解算器或遲滯比較器,省去了 A/D轉換和PID解算器或遲滯比較器所對應的軟、硬件資源,簡化了軟硬件設計;
[0033]2、PWM斬波占空比不再通過PID解算器或遲滯比較器實時解算,而采取固定輸入方式,PWM斬波占空比信號不進行周期更新,降低了 PWM發(fā)生器軟硬件設計復雜度;
[0034]3、每拍控制中,邏輯運算器通過讀取比較器輸出的離散量信號,進行驅(qū)動信號斬波選擇。當電機繞組電流小于給定電流時,不進行斬波;當檢測到電機繞組電流第一次超過給定電流時起,對電機繞組端施加固定占空比PWM斬波電壓,之后邏輯運算器不響應比較器輸出,直到下一拍控制,再次響應比較器輸出。該控制方法可以加大的簡化軟件設計,提高了系統(tǒng)可靠性。
【附圖說明】
[0035]圖1為傳統(tǒng)步進電機恒流驅(qū)動結構框圖;
[0036]圖2為傳統(tǒng)步進電機恒流驅(qū)動原理圖;
[0037]圖3為本發(fā)明步進電機恒流驅(qū)動結構框圖;
[0038]圖4為本發(fā)明步進電機恒流驅(qū)動原理圖。
【具體實施方式】
[0039]圖3所示為本發(fā)明步進電機恒流驅(qū)動結構框圖,本發(fā)明的一種固定占空比步進電機恒流驅(qū)動系統(tǒng),包括控制單元1、驅(qū)動電路2、功率電路3、步進電機4、電流傳感器5、保護電路6;控制單元包括脈沖分配器7、PWM發(fā)生器10以及邏輯運算器11;該系統(tǒng)的改進之處是:控制單元還包括比較器12,所述比較器包括輸入正端、輸入負端以及輸出端,輸入負端用于輸入電機繞組電流給定值,輸入正端與電流傳感器連接用于接收電機繞組電流反饋值;輸出端與邏輯運算器相連;
[0040]該系統(tǒng)采用比較單元替代傳統(tǒng)設計中的A/D轉換和PID解算器或遲滯比較器,省去了 A/D轉換和PID解算器或遲滯比較器所對應的軟、硬件資源,簡化了軟硬件設計,使得系統(tǒng)結構簡化,運算過程簡單。
[0041]還需要說明的是:Pmi發(fā)生器接收外部輸入的固定占空比,該固定占空比為0.4?
0.6,頻率為6?20kHz。采用上述設計方式,降低了 PffM發(fā)生器軟硬件設計復雜度。
[0042]圖4所示為本發(fā)明步進電機恒流驅(qū)動原理圖,本發(fā)明的一種固定占空比步進電機恒流驅(qū)動方法,比較器工作包括以下步驟:
[0043]I)通過電流傳感器采集電機繞組電流的電流值If,并將結果輸入比較器正端;
[0044]2)設定電流給定值1,并將結果輸入比較器負端;
[0045]3)通過比較器比較電機繞組電流的電流值If與電流給定值1進行比較,當If > 10時,比較器輸出高電平,否則輸出低電平。
[0046]每拍控制中,邏輯運算器綜合脈沖分配器輸出、PWM發(fā)生器輸出和比較器輸出信號,進行如下邏輯運算:
[0047]I)當比較器輸出端為低電平時,邏輯運算器輸出為脈沖分配器輸出;
[0048]2)當比較器輸出端第一次為高電平之后,邏輯運算器輸出為脈沖分配器輸出和PWM發(fā)生器輸出相與的結果;
[0049]3)邏輯運算器檢測到比較器輸出的高電平之后,不再響應比較器輸出,直到下一拍控制,再次響應比較器輸出。
[0050]通過該方法可以看出,本方法在每拍控制中,邏輯運算器通過讀取比較器輸出的離散量信號,進行驅(qū)動信號斬波選擇。當步進電機繞組電流小于給定電流時,不進行斬波;當檢測到電機繞組電流第一次超過給定電流時起,對電機繞組端施加固定占空比PWM斬波電壓,之后邏輯運算器不響應比較器輸出,直到下一拍控制,再次響應比較器輸出。該控制方法可以簡化軟件設計,提高了系統(tǒng)可靠性。
【主權項】
1.一種固定占空比步進電機恒流驅(qū)動系統(tǒng),包括控制單元、驅(qū)動電路、功率電路、步進電機、電流傳感器以及保護電路;所述控制單元包括脈沖分配器、PWM發(fā)生器以及邏輯運算器; 其特征在于:所述控制單元還包括比較器,所述比較器包括輸入正端、輸入負端以及輸出端,輸入負端連接步進電機繞組電流給定值,輸入正端與電流傳感器連接用于接收步進電機繞組電流反饋值;輸出端與邏輯運算器相連。2.根據(jù)權利要求1所述的固定占空比步進電機恒流驅(qū)動系統(tǒng),其特征在于:所述P麗發(fā)生器接收外部輸入的固定占空比。3.根據(jù)權利要求1或2所述的固定占空比步進電機恒流驅(qū)動系統(tǒng),其特征在于:所述固定占空比為0.4?0.6,頻率為6?20kHz。4.根據(jù)權利要求3所述的固定占空比步進電機恒流驅(qū)動系統(tǒng)的方法,包括以下步驟: 1)設定步進電機繞組的電流給定值1,并將其輸入至比較器負端; 2)通過電流傳感器采集步進電機繞組的電流反饋值If,并將其發(fā)送至比較器正端; 3)通過比較器對步進電機繞組電流的電流反饋值If與步進電機繞組的電流給定值Iο進行比較;當If>1時,比較器輸出高電平,否則輸出低電平; 在每拍控制中,當比較器輸出端為低電平時,邏輯運算器輸出信號為脈沖分配器輸出的控制邏輯信號; 當比較器輸出為高電平時,邏輯運算器輸出為脈沖分配器輸出的控制邏輯信號和PWM發(fā)生器輸出的PWM信號相與的結果;邏輯運算器檢測到比較器輸出的高電平之后,不再響應比較器輸出是否為高電平或者低電平,直到下一拍控制,再次響應比較器輸出。
【專利摘要】本發(fā)明涉及到電機控制技術領域,具體涉及一種固定占空比步進電機恒流驅(qū)動系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)包括控制單元、驅(qū)動電路、功率電路、步進電機、電流傳感器以及保護電路;所述控制單元包括脈沖分配器、PWM發(fā)生器以及邏輯運算器;其特征在于:所述控制單元還包括比較器,所述比較器包括輸入正端、輸入負端以及輸出端,輸入負端連接步進電機繞組電流給定值,輸入正端與電流傳感器連接用于接收步進電機繞組電流反饋值;輸出端與邏輯運算器相連。本發(fā)明的系統(tǒng)結構簡單、運算過程簡便、制造成本低,利用固定占空比PWM信號對電機恒流驅(qū)動,實現(xiàn)了電機的高性能控制。
【IPC分類】H02P8/12
【公開號】CN105553357
【申請?zhí)枴緾N201510920585
【發(fā)明人】呼明亮, 張楨, 車炯暉, 趙剛, 閆穩(wěn), 王凌偉
【申請人】中國航空工業(yè)集團公司西安航空計算技術研究所
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月10日
網(wǎng)友詢問留言 已有0條留言
  • 還沒有人留言評論。精彩留言會獲得點贊!
1