基于DSP的三相混合式步进电动机正弦波细分驱动技术的研究

摘要

传统开环运行的三相混合式步进电动机驱动系统中存在着振荡和失步等不足之处。本文针对这种情况，通过对理想化三相混合式步进电动机数学模型的分析，把三相混合式步进电动机视为一种低速同步电动机。同时，结合电流跟踪型PWM控制方式及恒流斩波驱动的工作原理，设计了基于数字信号处理器TMS320F2812的全数字三相混合式步进电动机正弦波细分驱动系统。 首先，本文从三相混合式步进电动机的数学模型出发，对步进电动机的细分驱动方式进行了研究，分析了步进电动机连续均匀旋转的工作机理。然后分析了步进电动机的运行特性及细分控制的必要性，进而分析了细分驱动对改善步进电动机运行性能的作用，并针对细分运行的一些不足之处，提出了均匀细分恒转矩控制的方案。理论分析表明，在混合式步进电动机的三相定子绕组中通以互差120°的正弦波电流时，可得到类似同步机的转矩特性，使电动机均匀旋转。 本系统硬件电路以TMS320F2812为核心，采用正弦波细分和电流跟踪型脉宽调制（PWM）技术实现三相混合式步进电动机的细分控制，使三相定子绕组电流严格跟踪电流给定信号变化。应用IR公司的IR2130集成驱动芯片进行了步进电动机驱动系统的功率驱动环节的设计，节省了板上空间，减小了装置体积。同时从装置可靠性出发，设计了一套安全可靠的硬件保护电路。 实验结果表明，本文所设计的三相混合式步进电动机正弦波细分驱动器具有优良的控制性能。细分运行时减弱了混合式步进电动机的低速振动和噪声，使电动机运行平稳，并改善了其低频运行性能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1步进电动机的发展概况

1.2步进电动机驱动控制技术的发展概况

1.2.1步进电动机控制用微处理器发展

1.2.2步进电动机驱动的功率器件发展

1.2.3功率环节PWM技术的发展

1.2.4细分驱动技术概述

1.3课题研究的意义和目的

1.4本文主要研究内容

第2章三相混合式步进电动机工作原理及数学模型

2.1混合式步进电动机的结构

2.2三相混合式步进电动机的工作原理

2.3三相混合式步进电动机的通电方式

2.4三相混合式步进电动机的数学模型

2.4.1三相混合式步进电动机的理想线性模型

2.4.2三相绕组通入三相对称正弦离散电流时的转矩分析

2.5混合式步进电动机的运行中的问题及解决方法

2.6本章小结

第3章三相混合式步进电动机的细分驱动技术

3.1步进电动机的细分驱动技术

3.1.1细分驱动的基本原理

3.1.2细分驱动的实现

3.2三相混合式步进电动机的正弦波细分驱动

3.2.1正弦波细分驱动的基本思想

3.2.2旋转磁场的离散化

3.2.3离散波形的选择

3.2.4绕组电流正弦阶梯波的产生

3.3本章小结

第4章三相混合式步进电动机细分驱动系统的设计

4.1系统的硬件电路设计

4.1.1处理器TMS320F2812简介

4.1.2系统硬件总体结构

4.1.3主电路

4.1.4整步电路

4.1.5驱动电路

4.1.6电流采样电路

4.1.7 A/D转换模块

4.1.8显示电路

4.1.9保护电路的设计

4.2系统的软件设计

4.2.1系统主程序设计

4.2.2系统的中断服务程序设计

4.3本章小结

第5章实验结果及分析

5.1试验平台介绍

5.2试验结果分析

5.2.1两相正弦阶梯波电流给定对应图

5.2.2电流采样与电流给定对照波形图

5.2.3两相绕组电流波形图

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢