基于STM32的雙相步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)

3.2 系統(tǒng)電源

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電源由一個(gè)外部輸入的24～48V的直流電源輸入接線端，然后通過(guò)BUCK降壓芯片至5 V為內(nèi)部光耦、比較器和運(yùn)放供電，然后將5 V通過(guò)LDO降至3.3 V給MCU供電，這樣MCU能獲得相對(duì)干凈的電源。另一路外部電源經(jīng)過(guò)電阻分壓，產(chǎn)生一個(gè)15 V電源用于MOSFET驅(qū)動(dòng)芯片IR2010的供電。

3.3 驅(qū)動(dòng)電路

MOSFET驅(qū)動(dòng)部分采用IR公司的IR2101S驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)雙H橋，從而靠雙H橋來(lái)控制一個(gè)四線制步進(jìn)電機(jī)。IR2101是IR公司生產(chǎn)的一款高性價(jià)比驅(qū)動(dòng)器，使用方法非常簡(jiǎn)單，性價(jià)比高，能輸出100～210 mA電流。IR2101驅(qū)動(dòng)器可驅(qū)動(dòng)一組功率管，整個(gè)功率電路需4片即可，這樣不但節(jié)約制造成本，而且還提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。其驅(qū)動(dòng)電路如圖4所示。

3.4 電流檢測(cè)和過(guò)流保護(hù)

本系統(tǒng)使用采樣電阻來(lái)采集經(jīng)過(guò)H橋(即電機(jī)的定子電流)。此處采樣電阻阻值比較大時(shí)，會(huì)使電阻分壓過(guò)大，造成H橋的低端電壓高于地電壓，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而阻值太小又會(huì)使信號(hào)過(guò)小影響檢測(cè)精度，所以本系統(tǒng)選用0.1Ω電阻作為采樣電阻。然后經(jīng)過(guò)LMV358放大后，成為0～3 V的電壓信號(hào)，在經(jīng)過(guò)一個(gè)跟隨器后，進(jìn)入MCU片上AD，進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，放大后的信號(hào)還連接一個(gè)比較器用于過(guò)流保護(hù)。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件主程序框圖如圖5和圖6所示，圖5為主程序軟件框圖，圖6為ADC中斷軟件流程圖。

主程序處于死循環(huán)狀態(tài)，每次外部信號(hào)Enable后，就會(huì)鎖存外部的控制頻率，方向，限流值，細(xì)分度等信號(hào)，然后進(jìn)行內(nèi)部參數(shù)初始化，等待刷新定時(shí)器計(jì)時(shí)完畢后就開(kāi)始按照計(jì)時(shí)中的ADC中斷及定時(shí)器中斷完成的參數(shù)計(jì)算進(jìn)行調(diào)節(jié)位置和速度。

其中ADC在每個(gè)PWM的上升沿觸發(fā)，采樣兩相電流進(jìn)行處理，并且將其送給PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)PWM占空比，并且每次都會(huì)與限流值進(jìn)行比較，一旦電流超過(guò)限流值，則自行執(zhí)行脫機(jī)。這些程序在中斷中完成，可以是系統(tǒng)更具有實(shí)時(shí)性。另外，每次走完一個(gè)階梯的波形后，程序?qū)⒂|發(fā)timer3計(jì)數(shù)器，進(jìn)行細(xì)分步數(shù)的計(jì)算，從而快的調(diào)整個(gè)周期的細(xì)分?jǐn)?shù)。Timer3程序流程圖如圖7所示。

電機(jī)的細(xì)分步數(shù)為每次Enable之后方能調(diào)整，而細(xì)分值表則由計(jì)算好的正余弦參數(shù)存于MCU Flash中。

5 結(jié)論

本系統(tǒng)采用電流實(shí)時(shí)采樣并進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，使兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行，真正達(dá)到了電流矢量不變控制，在測(cè)試中能夠有效的降低低頻振蕩，并且，在16細(xì)分的狀態(tài)下控制工作，大幅度的減小了噪聲和阻尼振蕩，是一種有效的控制步進(jìn)電機(jī)的手段。