步进电机的驱动控制的应用研究

论文编号:ZD392  论文字数:32214,页数:66，有开题报告，任务书，文献综述

 摘 要: 本文在系统分析了步进电机应用和发展的基础上，对步进电机的驱动技术作了详尽的论述，建立了三相反应式步进电动机的数学模型，并利用该模型对斩波驱动的步进电机绕组电流及空载运行的启动频率等进行了仿真，为步进电机驱动系统的设计提供了依据。
 设计了一套包括控制器、环形分配器和功率放大器在内的步进电机斩波驱动器，该驱动器包括比较完善的信号隔离及保护环节，特别是其环形分配器的设计，采用了新型的可编程逻辑器件GAL设计，使其具有灵活、可靠、体积小且实时性强的优点．经实验验证，该驱动器绕组电流上升速度快，关断迅速，电流波形较好。整机运行性能较好，能满足工件加工的速度及精度要求。
 设计了适合三相反应式步进电动机的细分驱动器，在功率驱动中采用了大功率VMOS器件，在细分环形分配器设计中采用了两片GAL，使整个电路具有较高的运行性能，开关迅速，功耗小，体积较小，可靠性较高。
 关键词: 步进电机； 斩波驱动器 ；环形分配器 ；细分驱动器
  
 The Analyses and Applications
 of Driving and Controlling of the Step Motor
 Abstract：Based on the systematic analyses of the applications and developments of step motor ,  the driving technique of step motor are analyzed in this Paper, and upon these sta-
tements, a mathematical model of VR step motor is built. With this model , the coil current of step motor with chopping driver and the nonleaded starting frequency are simulated for the base of designing of designing of step motor servo system.
 A step motor chopping driver , including controller, circular distributor, power amplifier, signal separator and circuit breaker is developed .especially the designing of the circular distrib-
utor, the adopting of the new logical device GAL, which have many advantages of high flexibi-
lity and reliability. It is shown in experiment that it has a high rise speed of coil current and a good current waveform. Overall test shows that the driver has a high performance .
 A micro –stepping driver for VR step motor is designed. In power drive circuit , a kind of power transistor VMOS is adopted .In designing of the Micro-step circular distributor, two piece of GAL and EPROM are used .All the changes made the overall circuit has a higher running performance, fast switching time ,small power dissipation and volume.
 Keywords:  Stepper  Motor ；  Circular distributor
 Constant current chopping drive； Micro-stepping driver

目录

文摘……………………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract………………………………………………………………………………………Ⅱ
第1章 绪论……………………………………………………………………………………1
1.1 课题背景…………………………………………………………………………………1
1.2 我国现状…………………………………………………………………………………1
1.3 步进电机伺服系统概述…………………………………………………………………2
  1.3.1 步进电机的分类…………………………………………………………………2
  1.3.2 步进电机控制的方式………………………………………………………2
1.4 课题研究的内容………………………………………………………………………4
1.5小结………………………………………………………………………………………4
第2章 步进电机的驱动电源…………………………………………………………5
 2.1 晶体管单电压驱动电源……………………………………………………………5
 2.2 高低压供电驱动电源………………………………………………………………5
 2.3 恒流斩波驱动电源…………………………………………………………………6
 2.4 步进电机细分驱动电源……………………………………………………………7
 2.5 步进电机的环形分配器……………………………………………………………8
 2.6 小结…………………………………………………………………………………9
第3章 步进电机驱动技术的理论分析……………………………………………10
 3.1 步进电机的数学模型………………………………………………………………10
 3.2 步进电机的矩角特性………………………………………………………………11
 3.2.1 步进电机的通电方式与其合成转矩的关系………………………………………11
 3.2.2 通电方式与步距角的关系…………………………………………………………14
 3.3 步进电机的细分驱动技术…………………………………………………………14
 3.3.1 细分控制原理…………………………………………………………………15
 3.3.2 只有一相电流变化……………………………………………………………15
 3.3.3 两相电流同时变化……………………………………………………………17
 3.4 细分驱动的实现……………………………………………………………………18
 3.5 步进电机的升降频技术……………………………………………………………20
 
 3.6 步进电机动态性能仿真……………………………………………………………24
 
 3.6 仿真方法……………………………………………………………………………24
 3.7 小结…………………………………………………………………………………24
第4章 步进电机斩波驱动电源设计………………………………………………26
 4.1 概述…………………………………………………………………………………26
 4.2 斩波驱动器的功率驱动部分设计…………………………………………………26
 4.2.1 电压隔离接口………………………………………………………………………27
 4.2.2 电路的恒流斩波驱动原理…………………………………………………………27
 4.2.3 续流回路………………………………………………………………………28
 4.2.4 保护电路………………………………………………………………………28
 4.2.5 主要参数的确定………………………………………………………………29
 4.2.6 性能分析………………………………………………………………………31
 4.3 斩波驱动器的环形分配器设计……………………………………………………31
  4.3.1 环形分配器的设计要求………………………………………………………32
   4.3.2 逻辑设计………………………………………………………………………33
  4.3.3  GAL编程……………………………………………………………………35
 4.4 微机系统的硬件设计………………………………………………………………36
 4.5 微机系统的软件设计………………………………………………………………38
 4.5.1步进电机的升降频控制………………………………………………………38
 4.5.2 系统监控程序设计………………………………………………………………40
 4.6 小结……………………………………………………………………………………43
第5章 步进电机的细分驱动器设计…………………………………………………44
 5.1 电路整体设计…………………………………………………………………………45
 5.2 功率驱动部分设计……………………………………………………………………45
 5.2.1 电路工作原理………………………………………………………………………45
 5.2.2 主要参数的确定……………………………………………………………………47
 5.3 细分的环形分配器设计………………………………………………………………48
 5.3.1 细分的环形分配器设计要求………………………………………………………48
 5.3.2 环形分配器电路原理……………………………………………………………49
 5.4 细分驱动器的软硬件设计……………………………………………………………50
 5.5 小结……………………………………………………………………………………50
第6章 本文工作总结……………………………………………………………………52
考文献………………………………………………………………………………………53

致谢……………………………………………………………………………………………54
附录 : 程序清单……………………………………………………………………………55