基于DSP的二相混合式步进电机多细分驱动器的研究

摘要

步进电机在计算机外围设备、现代化办公室设备、各种自动机、仪器设备、材料输送机、数控机床、工业机器人等领域中有大量应用。步进电机细分驱动技术是一种综合了数字化技术、集成控制技术和计算机技术的高新技术。本文介绍了两相混合式步进电机的工作原理和电磁网络模型，推导了绕组的磁链方程、电磁转矩方程。由步进电机细分驱动原理和电磁转矩方程，得到均匀细分控制时步进电机的数学模型；通过对脉宽调制式细分驱动技术的讨论和分析，本文提出了基于DSP的电流型多细分驱动方案。该方案能最大限度地利用步进电机驱动芯片的开关频率，自动计算出步进电机在不同转速下的细分微步数，通过步进电机细分控制，改善电机系统的运行特性和定位精度。 本文详细描述了基于TMS320LF2407ADSP芯片的步进电机多细分驱动控制器的设计开发及其实现方法，具体设计内容包括以下几个部分： 1．以TI公司DSP—TMS320LF2407A为控制核心，结合双H桥驱动芯片——L298，进行系统硬件电路的设计； 2．通过对电机转速和电机驱动芯片L298的最优开关频率进行比较，确定电机步距角的细分数，从而实现对两台两相式步进电机的优化细分控制，应用DSP专用汇编语言与C语言进行系统软件程序的编写； 3．设计扩展的CAN控制器接口、SCI串行通讯接口使步进电机控制系统与其它嵌入式系统、上位计算机等之间进行通讯与相互控制。 4．完成了多细分驱动控制的实验，为进一步实用化打下了基础； 5．对实验结果进行了分析，提出了该系统的优化思路和下一步的工作方向。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪 论

1.1步进电机控制的研究背景及现状

1.1.1步进电机概述

1.1.2步进电动机的种类

1.1.3步进电机的控制方式

1.1.4步进电机控制系统的硬件实现方式

1.2本课题的研究意义

1.3本课题的研究内容与论文安排

1.3.1本课题的研究内容

1.3.2本论文主要内容的结构安排

1.4本章小结

第2章 两相混合式步进电机的工作原理及特性分析

2.1两相混合式步进电机的工作原理

2.1.1 两相混合式步进电动机的结构

2.1.2两相混合式步进电动机的工作原理

2.2两相混合式步进电机的特性分析

2.2.1转矩星矢量分析

2.2.2矩角特性分析

2.3本章小结

第3章两相混合式步进电机细分控制原理与方案确定

3.1两相混合式步进电机细分控制原理

3.1.1步进电机频域划分及角速度波动的特点

3.1.2两相混合式步进电机细分控制原理

3.2系统方案确定

3.2.1 控制策略

3.2.2控制芯片

3.2.3利用DSP实现细分控制系统的结构

3.3本章小结

第4章控制系统的硬件电路设计

4.1系统硬件电路的总体结构

4.2电机专用控制芯片TMS320LFF2407A介绍

4.3外围电路的设计

4.4驱动部分电路的设计

4.5控制部分电路的设计

4.5.1 电源电路与电平转换电路

4.5.2接口电路

4.5.3 电流反馈、速度反馈电路

4.6保护电路的设计

4.7其它电路设计

4.8本章小结

第5章控制系统的软件设计

5.1软件开发环境的介绍

5.1.1 TMS320C2XX C编译器介绍

5.1.2利用TMS320C2XX C编译器开发DSP应用程序的步骤

5.1.3头文件和命令文件的编写和配置

5.2系统整体设计论述

5.3主程序的设计

5.4子程序各模块的设计

5.4.1 正、余弦函数表的生成

5.4.2 A/D转换程序

5.4.3 PWM信号产生程序

5.4.4过电流保护中断程序

5.4.5 串行接口SCI通讯程序

5.5其他程序模块的设计

5.6本章小结

第6章系统的调试与分析

6.1系统硬件部分调试

6.2系统软件部分的调试

6.3系统运行分析

6.4本章小结

第7章总结与讨论

7.1总结

7.2基于DSP的步进电机控制系统若干问题的讨论

参考文献

附 录

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果