如何簡化步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

BEMF補(bǔ)償

如果在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)始終向電機(jī)供給相同的峰值電壓，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速增加，電流強(qiáng)度會逐漸降低，因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/電機(jī)">電機(jī)的反電動(dòng)勢BEMF會顯著降低施加到線圈上的電壓。圖4左邊的波形描述了沒有采用BEMF補(bǔ)償技術(shù)的電機(jī)工作狀況。從圖中不難看出，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速增加，BEM以線性方式提高，因?yàn)榫€圈上的電壓是實(shí)際施加的相電壓與BEMF電壓的差值，所以電流將會降低。

圖4:有BEMF補(bǔ)償電路和無BEMF補(bǔ)償電路的相電流。

為修正BEMF增加對電流的影響，該產(chǎn)品在KVAL系數(shù)中增加一個(gè)修正BEMF的因數(shù)。本質(zhì)上，就是在 KVAL初始設(shè)置值中增加一個(gè)修正值，以抵消BEMF的影響。由于BEMF直接與轉(zhuǎn)速成正比，因此這個(gè)修正值因數(shù)是一個(gè)斜率，根據(jù)這個(gè)斜率和電流轉(zhuǎn)速來計(jì)算實(shí)時(shí)修正值。該產(chǎn)品提供不同的修正值：第一個(gè)值是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值，適用于電機(jī)從零轉(zhuǎn)速開始加速運(yùn)轉(zhuǎn)，直到相交轉(zhuǎn)速參數(shù)INT_SPEED設(shè)置的最高速度為止。在相交速度之上，可以用兩個(gè)附加的斜率調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)斜率，一個(gè)用于恒速運(yùn)轉(zhuǎn)和加速度，另一個(gè)則用于減速運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng) BEMF修正值設(shè)置適當(dāng)時(shí)，峰值電流在電機(jī)全程轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保持恒定，如圖4所示。圖6描述了當(dāng)一個(gè)電機(jī)加速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的實(shí)際電流波形。

圖5: BEMF修正曲線。

圖6: 有BEMF修正功能的相電流。

電源和相電阻修正

電機(jī)的電源電壓和相電阻是另外兩個(gè)影響相電流的主要因素。因?yàn)榭刂破鞑捎秒妷嚎刂品绞剑瑢敵稣伎毡冗M(jìn)行控制，所以這兩個(gè)要素之中任何一個(gè)發(fā)生變化，都會影響相電流。

當(dāng)電機(jī)沒有穩(wěn)壓電源時(shí)，在從電源到電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的電壓上會出現(xiàn)大量的脈動(dòng)電壓。隨著電源電壓變化，電機(jī)電流也會波動(dòng)。如果電源上的脈動(dòng)電壓很大，當(dāng)電機(jī)電流變得太小時(shí)，電機(jī)很可能會停止運(yùn)轉(zhuǎn)。該控制器內(nèi)置一個(gè)電源電壓修正電路，如圖7所示。在這個(gè)電路內(nèi)，內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換器負(fù)責(zé)測定電源電壓，然后由在數(shù)字內(nèi)核實(shí)現(xiàn)的修正算法計(jì)算修正因數(shù)，將其施加到PWM占空比內(nèi)，使輸出電壓值在整個(gè)電源電壓變化范圍內(nèi)保持恒定。

圖7: 電源修正。

隨著電機(jī)發(fā)熱，相阻變化也會直接影響相電流。KTHERM設(shè)置用于修正電機(jī)內(nèi)部發(fā)熱導(dǎo)致的相阻變化。驅(qū)動(dòng)器控制器的軟件可以監(jiān)測或估計(jì)電機(jī)溫度的升高狀況，設(shè)置KTHERM值，修正因?yàn)闇囟壬叨鸬碾姍C(jī)相阻的變化。例如，可以使用一個(gè)簡單的算法測定在運(yùn)轉(zhuǎn)間隔時(shí)電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的相阻，根據(jù)測量結(jié)果調(diào)整KTHERM值。

結(jié)論

L6470實(shí)現(xiàn)的功能讓設(shè)計(jì)人員可以實(shí)現(xiàn)電壓控制式微步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，修正過去需要采用電流控制式驅(qū)動(dòng)器才能解決的典型的系統(tǒng)問題。從總體上看，系統(tǒng)控制變得更加順暢，沒有電流控制式驅(qū)動(dòng)器的常見限制性問題。使用數(shù)字化電壓控制式PWM方法，可以輕松實(shí)現(xiàn)每步最多128微步進(jìn) 的微步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器。電壓控制式解決方案的正弦波曲線更加精確，位置解析率高于電流控制式方法，電壓控制式操作可大幅降低系統(tǒng)諧振。此外，該器件實(shí)現(xiàn)的數(shù)字運(yùn)動(dòng)引擎能夠大幅降低系統(tǒng)微控制器的負(fù)荷，在多電機(jī)應(yīng)用環(huán)境中，無需另設(shè)一個(gè)專用微控制器。