步进电机的控制

2. 软件环形分配器
软件环形分配器实现较为简单、方便。计算 机控制的步进电机驱动系统中，使用软件实现 脉冲分配，常用的是查表法。例如对于三相六 拍环形分配器，每当接收到一个进给脉冲指令， 环形分配器软件根据表 1 所示真值表，按顺序 及方向控制输出接口将A、B、C的值输出即可。 如果上一个进给脉冲到来时，控制输出接口输 出的 A 、 B 、 C 的值是 100 ，则对于下一个正向 进给脉冲指令，控制输出接口输出的值是 110 ， 再下一个正向进给脉冲，应是 010 ，而使步进 电机正向地旋转起来。
＋ 80V
V1 R2 L V2
单稳 延时
t1 t2
前置放大
U2 ＋12V VD2 VD1 R1
图6双电压驱动电路原理图
斩波驱动电路
斩波电路的出现是为了弥补双电压电路 波形呈现凹形的缺陷，改善了输出转矩 的下降，使励磁绕组中的电流维持在额 定值附近，其电路图和输出波形图如图 7所示。
U1
整形
控制门 高压前置放大
环形分配器
环形分配器是根据指令把脉冲信号按一定的逻辑关 系加到放大器上，使各相绕组按一定的顺序和时间 导通和断开，并根据指令使电动机正转或反转，实 现确定的运行方式。环形分配器可以由硬件和软件 两种方式实现。
1. 硬件环形分配器
硬件环形分配器是由门电路和双稳态触发器组成的逻辑电路构成。
（ 1）如图 3 所示，该线路由与非门和 J－ K 触发器组成。指令脉冲加到三个触
• • • • •
单电压限流型驱动电路
步进电动机一相的驱动电路如图5所示。这
种电路的特点是线路简单，成本低，低频时
响应较好；缺点是效率低，尤其在高频工作
的电动机效率更低。在实际中较少使用，只
有在小功率步进电动机且在简单应用中才使 用。
图5 单电压限流型驱动电路
双电压驱动电 路
双电压驱动电路习惯上称为高低压切换电路，
S
JA
KA
JB KB
A相
B相
R
JC
KC
C相
正
反
R 置零
CP指令脉冲
图3 三相六拍环形分配器
（2）集成脉冲分配器
CH250是专为三相反应式步进电动机设 计的环形分配器。这种集成电路采用 CMOS工艺，集成度高，可靠性好。它 的管脚图及三相六拍工作时的接线图如 图4所示。
图4 CH250环形分配器
步进电动机的优点
控制特性好；
误差不长期积累；
步距值不受各种干扰因素的影响。
步进电动机转子转动的速度取决于脉冲信号的频率，
总位移量取决于总的脉冲数，它作为伺服电动机应
用于控制系统时，可以使系统简化，工作可靠，而
且可以获得较高的控制精度。
步进电动机传动控制
环形分配器、功率放大器以及其 他辅助电路统称为步进电机的驱 动电源。步进电动机、驱动电源 和控制器构成步进电动机传动控 制系统，如图1所示。
CH250有A、B、C三个输出端，当输入端CL或 EN加上时钟脉冲后，输出波形将符合三相反应式 步进电动机的要求。 若采用CL脉冲输入端时，是上升沿触发，同时 EN为使能端，EN＝1时工作，EN＝0时禁止。反 之，采用EN作时钟端，则下降沿触发，此时CL 为使能端，CL＝0时工作，CL＝1时禁止。 R和R*分别为双三拍运行和六拍运行的复位端。 当R加上正脉冲，ABC的状态为110，而R*加上 正脉冲后，ABC的状态为100，以避免ABC出现 000或111非法状态。
图1 步进电机传动控制系统框图
环形分配器
步进电动机是绕组按一定方式轮流通电工作的。为了实现 这种轮流通电，需要将控制脉冲按规定的方式分配给步进 电动机，实现这种脉冲分配功能的是环形分配器。环形分
配器的输出信号还需进行功率放大才能驱动步进电动机。
步进电动机驱动系统框图如图2所示。
图2 步进电机驱动系统框图
其最后一级如图6所示。这种电路的特点是电动 机绕组主电路中采用高压和低压两种电压供电， 一般高压为低压的数倍。适用于大功率和高频 工作的步进电动机，优点是功耗小，起动力矩
大，突跳频率和工作频率高，缺点是低频振荡
加剧，波形呈凹形，输出转矩下降；大功率管 的数量多用一倍，增加了驱动电源。
U1 前置放大
机电控制工程Ⅱ
步进电机控制设计
Fra Baidu bibliotek
2008年9月22日
STEP MOTOR
步进电机及其驱动装置
步进电机伺服系统是典型的开环控制系统，在此系统
中，步进电机受驱动线路控制，将脉冲序列转换成为
具有一定方向、大小和速度的位移。脉冲的频率代表 了驱动速度，脉冲的数量代表了位移量，而运动方向 是由步进电机的各相通电顺序来决定，并且保持电机 各相通电状态就能使电机自锁。但由于该系统没有反 馈检测环节，其精度主要由步进电机来决定，速度也 受到步进电机性能的限制。
Q
发 器 的 时 钟 输 入 端 CP ， 旋 转 方 向 由 正 、 反 控 制 端 的 状 态 决 定 。
为三个触发器的
QA、QB、QC
端输出，连到A、B、C三相功率放大器。若“1”
表示通电，“ 0”表示断电，对于三相六拍步进电机正向旋转，正向控制端 状态置“ 1”，反向控制端状态置“ 0”。初始时，在预置端加上预置脉冲， 将三个触发器置为100状态 。当在CP端送入一个脉冲时，环形分配器就由 100状态变为 110状态，随着指令脉冲的不断到来，各相通电状态不断变化， 按照 100→110→010→011→001→101 即 A→AB→B→BC→C→CA 次序通电。 步进电机反转时，由反向控制信号“ 1”状态控制（正向控制为“ 0”），通 电次序为A→CA→C→CB→B→BA→A。
表1三相六拍环形分配器真值表
序号 1 2 3 4 5 6 A 1 1 0 0 0 1 B 0 1 1 1 0 0 C 0 0 0 1 1 1 方向 反转
正转
步进电动机的驱动电路
功率放大器的作用是将环形分配器发出的电平 信号放大至几安培到几十安培的电流送至步进 电机各绕组，每一相绕组分别有一组功率放大 电路。以下介绍几种典型的驱动电路： 单电压简单驱动 高低压驱动 恒流斩波驱动 升频升压驱动电路 细分驱动
低压前置放大
V1 VD1 VD2 U2 R L Ra V2
输入 Re
图7 恒流斩波驱动电路原理图
升频升压驱动电路
为了减小低频振动，应使低速时绕组电流上升