专利名称：：步进电机细分驱动电路的制作方法
技术领域：
：本实用新型涉及一种电机驱动电路，具体涉及一种用于实现步进电机的单步驱动的细分驱动电路。
背景技术：
：在髙精度微位移控制系统中，常采用步进电机电细分驱动技术，它可有效改善步进电机的低频特性，实现髙精度的定位和微小位移。步进电机的细分驱动是通过对电机励磁绕组电流的控制，使步进电机定子的合成磁场成为按细分步距旋转的磁场，带动转子转动，从而实现步进电机按细分后的步距角转动。以两相混合式双线绕组步进电机为例，理想状态下，相应绕组的感应电压为洲。眠SiW=——^——^=2见"Wfc=--=朋eAM^(工)^为转子齿数，^转子角速度，^转子电角度，转子永磁体产生的磁链^与转子的位置角有关，变化周期为一个距齿角2"电弧度。由于混合式步进电机所含的谐波分量很小，可以忽略不计，贝IJ:fw。=_A:eoft)rsin0e不计铁芯饱和的影响，应用叠加原理，两相混合式步进电机两相通电时，电磁功率为A='X+"(4)电磁转矩为尸^(5)当在两相相邻绕组同时通以不同大小的电流时，各相产生的转矩之和为零的位置为新的平衡位置，这样就实现了细分。在合成某一位置指向为&时，则sin0。=4cos0。(6)、为绕组电流的额定值，&=^0，0为实际转过的步距角(&，0都以整步平衡位置为坐标原点)，根据细分的要求，得到相应的电流值。步进电机的电细分驱动是通过对电机励磁绕组电流的控制，使步进电机定子的合成磁场成为按细分步距旋转的磁场，带动转子转动。当两相相邻绕组同时通以不同大小的电流时，各相产生的转矩之和为零的位置为新的平衡位置，这样就实现了细分。参见附图l所示，步进电机电细分驱动的原理，如果将A相通电时定义为起始位"0"，则从A相通电变为B相通电，磁场方向旋转了90°,这是步进电机整步运行的情况。如果A相、B相同时通电，且通电电流相同，则合成矢量方向为2所示的位置，这是步进电机半步运行的情况。若以A相或B相单独通电时产生磁场的大小作为这四分之一圆的半径(以R表示)，根据式(6)和式(7)的关系，即可算出位置"1"时的两分量4-^sin^，5i-icos0！,同理可以算出爿2=Wsin02，丑2-icos02;」3=isin03,53=icos03。由于步进电机的运行依赖于电机内部定子绕组产生的磁场，而磁场的大小又依赖于线圈绕组中电流I的大小。步进电机的定子绕组在加载直流电压的情况下，可以近似为阻性负载。所以可以采用调整加载在定子绕组的直流电压，来控制定子绕组中的电流，从而实现步进电机按细分后的步距角转动。电细分驱动控制技术是步进电机细分运行的关键，常用的细分驱动电路有，斩波恒流驱动电路，脉冲宽度调制驱动电路等。斩波恒流驱动能大大提髙髙频响应，消除电机能量过剩引起的共振现象，但斩波恒流驱动的采样信号来自反馈电流，放大电路的谐振会给控制环带来噪声，引起较大的误差。脉冲宽度调制驱动能抑制谐波，减少谐波损耗等危害。但采用脉冲宽度调制进行细分时，电机绕组始终处于通断状态，通断的频率与调制电压的频率一致，当某一相通电流时与之相邻的相便会产生感应电压，感应电压的大小与调制电压的频率等参数有关，这样就叠加了一个附加磁场，严重影响了细分精度。经实际测试，对额定电压为12V的电机，如调制频率为IOK，其感应电压的最大值将达到2V，细分误差达200%。也就是说，虽然上述技术方案能够实现步进电机的细分，也具有较髙的细分数和无积累误差等特点，但由于励磁线圈的互感带来的误差，其单步运转的精度较低，这是步进电机细分的一个瓶颈。
发明内容本实用新型目的是提供一种步进电机细分驱动电路，在实现步进电机较髙的细分数的同时，避免励磁线圈的互感带来的误差，以提髙步进电机单步运转的精度。为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是一种步进电机细分驱动电路，主要由微处理器、与步进电机的分组线圏对应的驱动模块构成，所述驱动模块包括与微处理器的数字输出接口连接的D/A转换器、电平转换电路和功率放大电路，所述功率放大电路的输出连接至与步进电机分组线圈相连的电连接器。上述技术方案中，微处理器可以采用单片微机、PLC、或者其它具有编程控制性能的芯片或者芯片组；电平转换电路和功率放大电路是现有技术，用于将D/A转换器输出的模拟量电压信号转换成与电机的驱动电压相匹配的电平，并提供足够的驱动电路。该技术的关键创新点是，采用了程控线性直流电源控制步进电机的励磁电流，从而避免了由互感产生的附加磁场，提髙了细分的精度。上述技术方案中，所述D/A转换器选自12位或16位的D/A转换器。以保证驱动电路具有足够的细分度。5本实用新型的工作原理是，由微处理器输出的数字细分控制信号通过D/A转换器将转化为阶梯波，经电平转换后，由功率放大电路输出，控制步进电机的相电压，实现细分驱动。由于输出的是恒定的线性直流电压，从而避免了脉冲宽度调制驱动带来的感应电压对细分的影响。另外，因为选用了髙精度的D/A转换，经电平转换后，使加在绕组两端的电压值与理论值误差很小，因此用这种方法实现细分驱动，其精度也远髙于采用斩波恒流驱动。由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有的优点是1、由于本实用新型采用基于单片微机控制输出线性直流电压驱动的电细分驱动方法，具有线路简单，细分精度髙的特点，可实现128微步驱动(步进电机整步距角为1.8°),实测表明其最大误差为15%,均方误差为3.9%。2、本实用新型用髙精度的D/A转换获得了可控的线性直流电源，由于输出的是恒定的电压，避免了励磁线圈的互感带来的误差，大大提高了单步运转的精度。图1是步进电机电细分原理示意图；图2是实施例一中硬件系统原理框图3是实施例一中单片微机与D/A转换器的连接电路图图4是实施例一中程控线性直流电源的原理图5是实施例一中128细分时一个整步步距内细分角的变化图。具体实施方式以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述实施例一参见附图2所示，一种步进电机细分驱动电路，由单片微机、与单片微机的输出接口连接的D/A转换器、电平转换电路和功率放大电路构成，所述功率放大电路的输出连接至与步进电机分组线圈相连的电连接器。D/A转换器的分辨率影响细分数，本实施例中，为提髙细分数选用12位的D/A转换器MAX526，它具有4个独立的D/A转换通道，享有独立的参考电压，分辨率为根据电机的特性，电机绕组中电流的额定值，确定、/的值。图3为单片微机与MAX526的连接图。功率驱动电路使用可编程集成稳压器，如LM317等集成稳压电路。其电压调整范围大，外围电路简单，输出功率大。驱动电路的合理、可靠，保证了电机的负载能力和稳定运行。本实施例中，单片微机选择89S52,由单片微机输出的数字细分控制信号通过D/A转换器将转化为阶梯波，经电平转换后，控制程控可调线性直流电源，最后由功率放大电路输出，控制步进电机的相电压，实现细分驱动。由于输出的是恒定的电压，从而避免了脉冲宽度调制驱动带来的感应电压对细分的影响。另外，因为选用了髙精度的D/A转换，经电平转换后，使加在绕组两端的电压值与理论值误差很小，因此用这种方法实现细分驱动，其精度也远髙于采用斩波恒流驱动。图4是本实施例中程控线性直流电源的原理图。表1为128细分时每步的角度值(以42BYGH型两相四拍为例，整步步距为1.8°)。测量采用光学自准的方法，测试仪器利用自准直仪和髙精度数显转台等设备。图5为128细分时一个整步步距内细分角的变化图。表l128细分时每步的角度值(单位角秒)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>由数据可知，128细分时，最大误差达15%,均方误差为3.9%。这是由测量带来的误差，电源电压的波动，电流谐波对绕组电感的影响，齿槽、铁心材料、边界条件等因素的存在，导致气隙磁场偏离预期位置等诸多因素引起的。采用基于单片微机控制的直流电压驱动的细分方法，可实现128微步驱动(步进电机整步距角为1.8。)，最大误差为15%,均方误差为3.9%。而釆用脉冲宽度调制驱动，经实际测试，对额定电压为12V的步进电机，如调制频率为lKHz，其感应电压的最大值达到2V，细分误差达200%。当调制频率降低时，虽然感应电压变小，但电机出现振动。另外采用斩波恒流驱动的电细分方法，误差也在30%40%。可见，采用本实施例的直流电压驱动细分电路，其误差明显减小。权利要求1.一种步进电机细分驱动电路，主要由微处理器、与步进电机的分组线圈对应的驱动模块构成，其特征在于所述驱动模块包括与微处理器的数字输出接口连接的D/A转换器、电平转换电路和功率放大电路，所述功率放大电路的输出连接至与步进电机分组线圈相连的电连接器。2.根据权利要求1所述的步进电机细分驱动电路，其特征在于所述D/A转换器选自12位或16位的D/A转换器。专利摘要本实用新型公开了一种步进电机细分驱动电路，主要由微处理器、与步进电机的分组线圈对应的驱动模块构成，其特征在于所述驱动模块包括与微处理器的数字输出接口连接的D/A转换器、电平转换电路和功率放大电路，所述功率放大电路的输出连接至与步进电机分组线圈相连的电连接器。由于本实用新型采用基于单片微机控制输出线性直流电压驱动的电细分驱动方法，具有线路简单，细分精度高的特点，可实现128微步驱动，实测表明其最大误差为15％，均方误差为3.9％。文档编号H02P8/22GK201294477SQ20082021790公开日2009年8月19日申请日期2008年11月14日优先权日2008年11月14日发明者季晶晶,邹丽新,智陶,顾济华申请人:苏州大学