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步进电机细分驱动及微步距角测量修正系统的研究

作　者: 于万海
导　师: 孙维连；孙耀杰
学　校: 河北农业大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 步进电机 细分驱动 微步距的测量与修正 PLD器件 ISP技术
分类号: TM383.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
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内容摘要


步进电机又称脉冲电机由于不需要位置传感器或速度传感器可以在开环状态定位或同步运行，这有利于装置或设备的小型化和低成本，因而在众多的领域得到广泛的应用。随着电子技术、控制技术和新磁材料的发展和步进电机理论和工艺的日臻完善，步进电机的应用技术也越来越成熟。 细分驱动技术是一种有效改善步进电机低频特性和提高步进精度的驱动技术。广泛应用于对工况要求较高的场合，尤其在一些要求高精度、低噪音、低振动的数控应用中，细分驱动成为步进电机驱动的首选驱动技术。本文以三相反应式步进电机为实例，对细分驱动原理、细分驱动的非线性、变细分调速以及相关影响因素进行系统的研究；实现细分驱动器、调速控制、定位控制和软硬接口的设计。在此基础上，本文对细分驱动环形分配器的设计和微步距测量修正进行了创新；提出将PLD器件和ISP技术引入到细分驱动环形分配器的设计思想和错位测量和逼近修正法。 采用PLD器件和ISP技术开发步进电机细分驱动系统的数字环形分配器，通过ABEL-HDL语言编程实现硬件软化设计和逻辑重构；可对细分驱动绕组电流在系统重复修正，避免了存储器的反复拔插。 错位测量与逼近修正方法结合细分驱动的有限级离散化电流控制方式，将测量与修正有效融合的一种专用性很强的面向步进电机细分驱动的新方法，以低分辨率圆光栅替代高分辨率圆光栅，大大降低测量硬件成本。 实现多重细分和变细分调速，提高了细分驱动的灵活性和可选择性；根据整步位移无控制误差，将点位行程拆分为整步位移部分和满足定位精度的微步距位移部分，分别以不同的细分数运行同时满足点位控制的速度与精度要求。 从步进频率和阶梯波频率两个方面对细分驱动系统的调速域值进行了分析，得出调速域值受两方面综合影响，而且最终结果取两者中域值范围较小者。

全文目录


1 引言  7-12
  1．1 步进电机细分驱动技术  7-9
    1．1．1 步进电机细分驱动必要性  8
    1．1．2 步进电机细分驱动的研究现状  8-9
  1．2 步进电机细分驱动微步距测量与修正技术  9-11
    1．2．1 步进电机测试技术  9-10
    1．2．2 步进电机细分驱动微步距测量与修正技术现状  10-11
  1．3 本课题的研究内容和技术路线  11-12
2 步进电机细分驱动器的设计  12-34
  2．1 步进电机细分驱动的基本原理  12-13
  2．2 反应式步进电机细分驱动器的构成  13-14
  2．3 步进电机细分数字环形分配器的设计思想  14-17
    2．3．1 细分驱动电机绕组的电流波形  14-15
    2．3．2 相励磁电流作为受控电流源实现细分控制  15
    2．3．3 阶梯控制电压信号的产生  15-17
    2．3．4 三相反应式步进电机细分环形分配器的设计思想  17
  2．4 基于PLD器件和ISP技术的数字细分环分器的实现  17-21
    2．4．1 PLD器件简介  17-19
    2．4．2 环形分配器实现方案比较  19-20
    2．4．3 用PLD器件实现多功能环形分配器  20-21
  2．5 步进电机多重细分  21-22
  2．6 基于单片机的事件处理单元  22-28
    2．6．1 单细分调速  23-24
    2．6．2 变细分调速  24
    2．6．3 调速域值的限制因素  24-26
    2．6．4 点位控制  26-28
  2．7 D／A转换  28-29
  2．8 斩波恒流驱动  29-31
  2．9 驱动电路及前级推动  31-34
    2．9．1 驱动输出电路  31-32
    2．9．2 推动级电路  32-33
    2．9．3 与门同频驱动  33-34
3 步进电机细分非线性分析  34-40
  3．1 引起细分非线性的主要原因  34-35
    3．1．1 由制造误差引起的误差  34
    3．1．2 步进电机励磁非线性引起的误差  34-35
  3．2 细分的相绕组磁链电流模型  35-40
    3．2．1 三相反应式步进电机绕组磁链方程  35-37
    3．2．2 满足均匀细分所要求的磁链增量关系  37-40
4 微步距测量的新尝试  40-56
  4．1 错位测量的工具—圆光栅介绍  40-41
  4．2 错位测量的参数定义  41
  4．3 错位测量与逼近修正方法适用的充要条件  41-42
  4．4 错位测量与逼近修正原理  42-49
  4．5 错位测量与逼近修正法误差分析  49
  4．6 实际应用中的几个问题  49-53
    4．6．1 圆光栅的选择  49-53
    4．6．2 步进电机与圆光栅零点对位启动  53
    4．6．3 超低速运行测试  53
    4．6．4 振荡干扰  53
  4．7 错位测量具体设计  53-56
    4．7．1 整体方案  53-54
    4．7．2 硬件设计  54
    4．7．3 软件设计  54-56
5 实验及结果分析  56-57
  5．1 实验仪器和设备  56
  5．2 步进电机错位测量与逼近修正实验  56-57
6 结论  57-59
参考文献  59-65
英文摘要  65-67
致谢  67

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 微电机 > 控制用微电机 > 步进式微电机
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