步进电机多级细分驱动方法资料.doc.doc

现场传习训练 一 页 一 心 得日 期确 认 ( ONE POINT LESSON )作 者主步進電機多級細分驅動方法题一目的:步進電機多級細分驅動方法研究 二說明:步進電機作爲電磁機械裝置,其進給的解析度取決於細分驅動技術採用軟體細分驅動方式,由於編程的靈活性通用性,使得步進細分驅動的成本低效率高,要修改方案也易辦到同時,還可解決步進電機在低速時易出現的低頻振動和運行中的雜訊等但單一的軟體細分驅動在精度與速度兼顧上會有矛盾,細分的步數越多,精度越高,但步進電機的轉動速度卻降低;要提高轉動速度,細分的步數就得減少爲此,設計了多級細分驅動系統,通過不同的細分檔位設定,實現不同步數的細分,同時保證了不同的轉動速度1 細分驅動原理 步進電機控制中已蘊含了細分的機理如三相步進電機按ABC的順序輪流通電,步進電機爲整步工作而按AACCCBBBAA的順序通電,則步進電機爲半步工作以AB爲例,若將各相電流看作是向量,則從整步到半步的變換,就是在IA與IB之間插入過渡向量IAB,因爲電流向量的合成方向決定了步進電機合成磁勢的方向,而合成磁勢的轉動角度本身就是步進電機的步進角度顯然,I AB的插入改變了合成磁勢的轉動大小,使得步進電機的步進角度由b變爲0.5 b,從而也就實現了2步細分由此可見,步進電機的細分原理就是通過等角度有規律的插入電流合成向量,從而減小合成磁勢轉動角度,達到步進電機細分控制的目的在三相步進電機的A相與B相之間插入合成向量AB,則實現了2步細分要再實現4步細分,只需在A與AB之間插入3個向量I1I2I3,使得合成磁勢的轉動角度1=2=3=4,就實現了4步細分但4步細分與2步細分是不同的,由於I1I2I3 3個向量的插入是對電流向量IB的分解,故控制脈衝已變成了階梯波細分程度越高,階梯波越複雜 步進細分原理 在三相步進電機整步工作時,實現2步細分合成磁勢轉動過程爲IAIABIB;實現4步細分轉動過程爲IAI2IAB;而實現8步細分則轉動過程爲IAI1I2I3IAB可見,選擇不同的細分步數,就要插入不同的電流合成向量 2 多級細分驅動系統的實現 2.1 系統組成 如圖2所示,系統由主機鍵盤輸入系統步進顯示系統步進控制系統組成主機採用AT89C51單片機,其爲低功耗的8位單片機,片內有一個4K位元組的Flash可編程可擦除唯讀記憶體,故可簡化系統構成,且可滿足本系統資料存儲空間的要求主機接收串列口送來的步進控制資料,並對其進行處理,以實施步進控制鍵盤輸入系統是用來輸入控制所需的細分檔位系統設計時,考慮到隨著細分的精確化,如128步細分時,步距角達到足夠小,能滿足各種步進要求,故以2的整數次冪作爲細分基準步進顯示系統由液晶顯示器顯示當前細分檔位元和細分後的步進角等參數爲了減少電路的複雜性,該顯示器顯示的最小單位規定爲0.01步進控制系統由D/A轉換部分和驅動系統組成D/A轉換部分包括3片DAC0830集成晶片和資料鎖存系統DAC0830轉換解析度是8位元,該晶片具有與微處理器相容價格低廉介面簡單轉換控制容易等優點D/A轉換部分的功能是將二進位碼表示的階梯波數值轉換爲相應的電流值輸出,經驅動系統放大,控制步進電機轉動驅動系統採用三級管實現電流放大 多級細分驅動系統組成 2.2 細分階梯波的産生 細分的實現過程,就是插入電流合成向量和轉換電流合成向量的過程電流合成向量轉化的前提是合成向量的插入在系統中,由主機根據設定的細分檔位,計算出相關參數,經查表生成相對應的階梯波,即插入了電流合成向量在正轉或反轉的控制信號下,階梯波脈衝由輸出埠經鎖存系統送入D/A轉換器件DAC0830進行電流合成向量的轉化,輸出對應的電流值,經驅動放大控制步進電機,從而實現了細分驅動 電流合成向量的插入是實現細分的關鍵,而要得到電流合成向量,首先必須産生階梯波由圖1知,在三相電機半步工作的情況下,要實現4步細分,就必須將B相電流分成4份,但不是等分,需保證1=2=3=4若1234分別對應的電流向量是IB1IB2IB3IB4,則在1所對應的三角形內,設步進角爲b,則=180-b,=b-1,由正弦定理得 考慮到一般情況,由於細分時步進電機控制脈衝波形是階梯型,如對B相進行4步細分時,其電流輸入依次爲IB1IB1+ IB2IB1+ IB2+ IB3IB1+ IB2+ IB3+ IB4,相應合成磁勢轉過的角度爲11+21+2+31+2+3+4,此時設IBk即爲電流合成向量中B相階梯波中第k階的電流值,k即爲此時合成磁勢相應轉過的角度由此推出,對B相來講,在步進電機的步進角度爲b時,考慮到IA=IB,則階梯波型其任一階的電流值爲同理,可求得A相和C相在細分時對應的階梯波電流值對(1)式求解,考慮D/A器件DAC0830的轉換精度是8位,轉換穩定時間是1 s,故最大進行了128步細分的運算,相應求得其對應的細分電流值,並進行了相應的轉換,得到對應的二進位數字值列表此時,列表全部的數值就是在實現128步細分時,對應階梯波各階的電流值2.3 多級細分驅動的實現 要在細分的基礎上實現多級細分,就必須針對不同的細分檔位生成不同的階梯波爲此,該系統採用了迴圈增量查表法首先建立階梯波數值存儲表格,有兩種方法,一種是針對每種細分方式建立相應的表格,其特點是細分種類多樣,但表格所占空間較大;另外一種,也就是該系統採用的,以最大細分檔位對應的步數僅建立一個表格,大大減少了所需的存儲空間,並減少了程式運行中的不穩定因素在具體控制中,該系統通過設定迴圈增量基數,使不同的細分檔位對應不同的細分步數,實現了多級細分驅動迴圈增量基數是指標對不同的細分檔位,實現等間隔定址時相應跳躍的步數迴圈增量基數是在細分檔位設定後,由相應的計算公式得到由於該系統最大細分步數爲128步,即表格最大長度爲128個位元組,若細分步數爲m步,則迴圈增量基數爲LB=(128/m)-1不同的檔位對應不同的迴圈增量基數,同一表格就産生了多級細分所需的階梯波另外,在整步控制的基礎上,若細分爲m步,對每m步運行中的各項電流值進行分析比較,可發現存在以下規律,即各相電流值的變化趨勢,隨著相位變化迴圈地出現,如表1所示表1 細分控制中各相電流值變化規律 各相 AB BC CA A相 高遞減 電流值=0 增加高 B相 增加高 高遞減 電流值=0 C相 電流值=0 增加高 高遞減在表1中,每一種保持或變化都是持續m/2步,且可看出其良好的迴圈性依據以上規律,在具體控制中,該系統單獨對由AB控制時各相相應的電流值變化,實現副程式控制,而對整體控制則採用圓周移位元的方式實現,即隨著合成磁勢在ABBCCA的轉動,對同一輸出位址,相應每m步的控制資料迴圈出現採用這種方式,簡化了實際控制程式,提高了控制效率以上实年/月/日 / / / / / / / / / / / / / / 姓 名绩确 认励志美文美句摘抄 1不要放弃自己就是真正的坚强,虚心就是坚强,努力就是坚强,从头再来就是坚强,正直就是坚强,学会坚强之前要学会如何爱惜自己 2人生,就没有,永远的悲痛;也没有,永远的欢欣能使我们坚强的,往往不是顺境,而是逆境;能让我们醒悟的,往往不是高兴,而是伤心学会忍受,懂得艰辛,于曲折中前进 3人都说比天空和大地更远的距离是人与人的距离,因为人心里都会藏匿太多的猜忌和戒备,想要快乐就甩开生命中这些过于沉重,却又不必要的行李吧,生命中有爱就足够了试着给周围你所熟识的还有你还陌生的人一个真诚无惕的微笑吧,它可以触摸到他人的心灵,微笑是有感染力有连带性的,它会无声的渗透进每个易感的心灵,更会让更多的心灵为之感动,心中有爱就会快乐,就会让微笑发自心底,灿烂在脸上 4千万不要因为自己已经到了结婚年龄而草率结婚想结婚,就要找一个能和你心心相印相辅相携的伴侣不要因为放纵和游戏而恋爱,不要因为恋爱而影响工作和事业,更不要因一桩草率而失败的婚姻而使人生受阻感情用事往往会因小失大 5你要从现在开始,微笑着面对生活,不要抱怨生活给了你太多的磨难,不要抱怨生活中有太多的曲折,不要抱怨生活中存在的不公当你走过世间的繁华与喧嚣,阅尽世事,你会幡然明白:人生不会太圆满,再苦也要笑一笑! 6不要让灰色的乌云笼罩一辈子,生命中还有很多美好的不要让其遮盖,不要因为一片乌云毁了一切,人生中还有很多可以去把握 7每一个成功者的背后都有一个心路的旅程,雨中漫步你不会比别人先一步看到彩虹 8面对人生的烦恼与挫折,最重要的是摆正自己的心态,积极面对一切再苦再累,也要保持微笑笑一笑,你的人生会更美好! 9命运,不过是失败者无聊的自慰,不过是懦怯者的解嘲人们的前途只能靠自己的意志自己的努力来决定 10你或许无法改变身高和体形,但是可以改变你的态度我们每个人都有力量去培养和保持为我所用的积极态度,提高我们的人生质量,完成我们的人生目标态度是人生理想的昭示,而非既有成果的反映改变你的态度,就可以改变你的人生 11不要像玻璃那样脆弱有的人眼睛总盯着自己,所以长不高看不远;总是喜欢怨天尤人,也使别人无比厌烦没有苦中苦,哪来甜中甜?不要像玻璃那样脆弱,而应像水晶一样透明,太阳一样辉煌,腊梅一样坚强既然睁开眼睛享受风的清凉,就不要埋怨风中细小的沙粒 12常言道,失败是成功之母,而我却认为,失败是一种解脱和潇洒,也是一种“得”人生中,有成功有失败,成功是鲜花,失败同样也精彩 13该来的会来,该走的会走,有时候离开并不意味着结束,而是另一种开始 14人生,无非只有三天,昨天,今天,明天昨天很长,说不清有多少天,但不管有多少天,不管是受到挫折,还是取得辉煌,都只能代表过去,昨天你失败了,将来可能会成功,昨天你辉煌了,将来你可能会萎靡不振,只有把过去的挫折和辉煌都变成今天的基石,才能登上美好的明天 15每个人都有每个人的做法,每个人都有每个人的想法,别人做什么,想什么,我们无法掌握,也无法控制我们能做的,就是做好自己,管好自己,凭自己的本身,靠自己的良心,踏踏实实地做事,老老实地做人,即使遭遇不公,遭遇不平,也能想开,懂得包容,学会用宽容的心怀,善良的言行,对待身边所有的人生活中的许多磨难,让我们理解了人情,理解了这个社会能给你的所有尊重,于艰难中,懂得了承受,懂得了坚定,慢慢挺起自己的灵魂 16老师告诉她,用心去观察研究昆虫和花草,渐渐地就会发现,动植物的世界是一个多么神奇有趣的世界 17老师给我们讲了个有趣的故事 18你说的这个问题本身就很有趣 19世界是神奇的,让我们不断着探索周围发生的有趣的现象 20他每天都坚持读一篇有趣的故事 21他真是个有趣的人 22天文馆里的宇宙空间,充满了神奇有趣的色彩 23我看一本有趣的漫画书,笑得我肚子都疼了 24星期三,学校举行了一次有趣的文艺演出,让我回味无穷,永远留在我的脑海里 25学生选择自己喜欢的动物和反映的主题编写有趣的故事 26要是法布尔先生不这样写的话,我完全可以认定这是一本普通的记叙文,一本枯燥无味的记叙文(A good sentence )没有创意,没有什么特别的地方以及引人注目的地方可他运用了,这样就像把我也一起带进了这个神秘有趣的昆虫王国,自己也是一只顽固可爱的小昆虫,就像在看动画片小人书一样的有趣好玩把我吸进了这个似人却非人的王国 27有趣的文艺演出在我们的掌声中结束了,我真希望这次文艺演出永远也不会结束 28有些人认