基于DSP的三相混合式步进电机细分驱动器的研究与实现

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基于DSP的两相混合式步进电机细分驱动设计

一
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图１步进电机细分驱动系统框图
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其中：为给定电流；ａ为电机转过的角度。由此可知，步进电机的电流输入波形是相差９。０的两相正弦阶梯波。２硬件电路设计
第２期（第１５）总６期
２１０１年４月
机械工程与自动化
ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＥＮＧＩＥＲＩＮＥＮＧ＆ＡＵＴ０ＭＡＴ１０Ｎ
Ｎｏ．２
Ａｐ．ｒ
文章编号：６２６１（０１０— １４０１７ —４３２１）２０３－２
２１硬件总体设计．
Байду номын сангаас
在本系统中，设置ＤＳＰ中的ＥＷＭ周期寄存器Ｐ为固定值，使其相当于２Ｈｚ０ｋ的三角波；软件实现ＰＩ调节，以调节电流误差信号，使电机电流大小和相位的误差最小。由于采用软件实现三角波和Ｐ调节，Ｉ所以不需要额外的硬件电路，减少了成本。
基于ＤＰ的两相混合式步进电机细分驱动设计Ｓ
徐慎敏罗建，
（．中南大学信息科学与Ｔ程学院，湖南长沙１４０８；２湖南省电力公司长沙宁乡电力局，湖南宁乡１０３．４００）１６０

基于DSP 的自诊断步进电机控制系统

基于DSP的自诊断步进电机控制系统符晗，覃嘉恒，刘电霆（桂林工学院电子与计算机系，广西桂林 541004）【摘要】本文介绍了一种的新型的步进电机控制系统，采用DSP作为控制器，构建步进电机的驱动系统，并在此基础上实现细分角度和电流的实时运算。

利用其片内集成的事件管理模块通过软件实现脉宽调制。

提高了系统控制性能，实现步进电机步距角的高精度、连续细分驱动。

同时通过振动信号的分析对电机轴承进行故障诊断。

综合利用了包络检波和对FFT 频谱分析法，有效提高系统的实时性和测量精度，并实现了步进电机在运行中瞬时故障的实时监测和报警。

【关键字】DSP包络检波 FFT 步进电机PWM【中图分类号】TP273【文献标识码】A一、引言步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移或直线位移的控制电机，在数字控制系统中作为执行电动机，由专门的、可以产生一定频率、功率和时序的电脉冲的驱动器驱动。

DSP （Digital Signal Processor）— TMS320LF2407芯片作为一款定点DSP控制器尤为适合于控制系统，其所包含的事件管理模块，可较为容易的产生PWM脉冲信号，采用其作为控制核心，构建步进电机的驱动系统，极为方便的实现电机数字化控制。

本文提出了一种基于TMS320LF2407的步进电机控制系统，它与传统的单片机控制相比，能大大提高数据处理能力，更能满足实时性和控制精度的要求，并在此基础对步进电机进行故障诊断，实现在步进电机在运行中瞬时故障的监控和报警。

二、系统总体设计本系统总体是由电机控制模块和自诊断模块两部分组成，整个电机控制区模块分为四个部分组成：DSP中央控制器，步进电机及驱动，光电编码器，键盘及液晶显示部分等组成。

电机控制模块的设计如图1所示，在这个系统设计中，由键盘设定给定转速(位置)，通过中央控制器TMS320LF2407来产生PWM脉冲信号来控制步进电机的转速(位置),可以采用光电编码器对步进电机的转速（位置）进行采样检测实现闭环控制，也.可以采用开环控制无需转速（位置）信号，以上过程中的多个变量、参数可以在液晶显示屏上得到直观地反映。

基于DSP实现混合式步进电机的细分驱动系统

１
（＝（ｎ）
＋
土）６。
（）２
从上式中我们可以看出：ｏＵ的变化快慢取决于周期的大小，取得越大，那么，变化的越慢；反之，得越小，取那么变化的越快。而在实际应用中，一般总是取得很小，久可以保证的这样实时性。
（或可以驱动但驱动效果很差）等缺点…。若采用数据信号处理器ＤＰＳ作为控制器，利用其强大的运算能力和优良的控制能力来改进脉冲细分步进电机驱动器，实现细分角度和电流的实时运算，实现步
距角的任意细分；利用Ｔ３０Ｆ４ｘＤＰ片内集成的ＡＤ转换器实现电流反馈的模数转换，利用片ＭＳ２Ｌ２０Ｓ／
３０７
渤海大学学报（自然科学版）
第２卷８
自ｎ这种电压空间矢量加到电机上时将产生幅值恒定、以恒速旋转定子磁链空间矢量，且定子磁链矢量顶点的运动轨迹形成圆形的空间旋转磁场Ｊ。
从图２可以看出，在任意小的周期时间里面，使得逆变器的输出跟参考电压的平均输出一样，可用等式（）表示。１
又具有永磁步进电机的低功耗高效率的特点。混合式步进电机既可以用作同步电机进行速度控制，又可以用作步进电机进行位置开环控制。而目前对同步电机的控制一般采用电压空间矢量法（Ｖ－ＳＰＷＭ），这是从电机的角度出发，着眼于如何使电机获得幅值恒定的圆形磁场，即正弦磁通。它以三相对称正弦波电压供电时交流电机的理想圆形磁通轨迹为基准，用如图ｌ所示逆变器不同的开关模式产生的实际磁通去逼近基准磁通圆，从而达到较高的控制性。由图１可以看出，由于一相中上下桥两个功率管不会同时导通或关断。当一相（假设为口）相上桥通时，义此相开关状态为 “ ” 即ｓ定ｌ（ｄ＝１，）下桥通时，开关状态为 “ ” 即ＳＯ（。＝Ｏ，三相共有８种）则可能的开关状态组合（ｄ６，｛０，０，１，１，ｌ００，１１ｌ｝ｓＳＳ）即０００１０ｌ００１，１００，ｌｌ。８种开关状态中， “０ ”和 “ ｌ”被称为零开关状态，此时三相绕组被接到同样的电位上，所得有效电压为零。另外００ｌｌ６种开关状态下，三相绕组被接到不同的电位上，电机得到了有效的驱动电压口。】

基于DSP的二相混合式步进电机多细分驱动器的研究

源自科技信息高校理科研究
基于ＤＰ的二相混合式进电ｊ多细分驱动器的研夯ＳＩｉ兀
浙江交通职业技术学院王亚嫔
［摘要】文介绍了一种基于Ｔ３０Ｆ４７ＤＳ本ＭＳ２Ｌ２０ＡＰ芯片的步进电机多细分驱动控制器的设计方案，出了系统的硬件构成和软给件设计方法。实验证明：该方案能最３￣度地利用步进电机驱动芯片的开关频率，ｖＦ－自动计算出步进电机在不同转速下的细分微步数，通过步进电机细分控制，改善电机系统的运行特性和定位精度。［关键词］ＭＳ２Ｌ２０ＡＰ多细分驱动控制器步进电机Ｔ３０Ｆ４７ＤＳ
图２功率驱动电路２２．控制部分电路的设计２２１电源电路与电平转换电路．．由于系统中同时存在数字电路和模拟电路，为保证ＤＰＡＤ转换Ｓ／模块的精度并提高系统抗十扰能力，在线路设计时采用了数字地与模拟地分开的方式。３图所示为电源电路。中芯片ＴＳ３３Ｔ公其Ｐ７３ＱＤ为Ｉ司专门为ＤＰ驱动设计的数字电源，芯片Ｉ１１ＣＴ３３是ＦｉｈｌＳＪ１７Ｓ一．Ｔａｃｉｒｄｓｍｉｎｕｔ公司生产的可调低损耗线性电源，ｅｃｄｃｏｏｒ它输出３３此处用作．Ｖ，ＤＰ的模拟电源。Ｓ
Ｏ引言．
针对目前步进电机市场需求量的增大，以及对其驱动器性能要求Ｅ益提高，ｌ现有步进电机驱动器已不能满足生产和应用需要的现状，步进电机细分驱动技术的出现，为我们设计功能强大的步进电机驱动器提供了新的可能。步进电机在低频工作时，会有振动大、噪声大的缺点。如果使用细分方式，就能很好的解决这个问题。本文介绍了一种基于Ｔ３０Ｆ４７ＤＰ芯片的步进电机多细分驱动控制器的设计方案，ＭＳ２Ｌ２０ＡＳ该方案能最大限度地利用步进电机驱动芯片的开关频率，自动计算出步进电机在不同转速下的细分徽步数，通过步进电机细分控制，改善电机系统的运行特性和定位精度。１Ｔ３ＯＦ４７芯片简介．ＭＳ２Ｌ２０ＡＴ３０Ｆ４７ — — 电机控制用ＤＰ芯片采用哈佛结构、总线Ｍｓ２Ｌ２０ＡＳ多和四级流水线技术，得运算速度大为提高。Ｔ３０Ｆ４７Ｓ使ＭＳ２Ｌ２０ＡＤＰ有以下一些特点：（）１采用高性能静态ＣＭＯＳ技术，使得供电电压降为３３减小了．Ｖ，控制器的功耗；０Ｐ４ＭＩＳ的执行速度使得指令周期缩短到２ｎ，从而提５ｓ高了控制器的实时控制能力。（）２片内具有高达３Ｋ字的ＦＡＨ程序存储器，．Ｋ字的数据／２ＬＳ１５程序ＲＭ，４Ａ５４字的双口ＲＡＤＡ和２Ｍ（ＡＲＭ）Ｋ字的单口ＲＡｓＡ。Ｍ（ＡＲＭ）（）３两个事件管理器ＥＡ和ＥＢ，ＶＶ每个包括：两个１通用定时６位器，８个１位的脉宽（ｗＭ）６Ｐ通道，个捕获单元，内光电编码器接口电３片路，６通道ＡＤ转换器。ｌ／（）４可扩展的外部存储器总共１２９Ｋ字：４６Ｋ字程序存储器；４６Ｋ字数据存储器；４６Ｋ字的Ｉ／Ｏ寻址空间。２系统硬件设计．本系统采用Ｔ３０Ｆ４７ＳＭＳ２Ｌ２０ＡＤＰ微处理器作为核心控制器件，采用专门为两相／四相步进电机设计的Ｌ９双全桥驱动芯片作为功率２８驱动器件，结合电流、转速反馈电路等实现对两相混合式步进电机的控

一种三相步进电动机的细分驱动电路

一种三相步进电动机的细分驱动电路
钱振宇
【期刊名称】《微电机》
【年(卷),期】1991(000)004
【摘要】随着数控技术的发展,特别是计算机控制技术的发展,步进电动机作为一种伺服电动机得到了日益广泛的应用。

在一个自动控制系统中将一些数字信息转换成相应的线位移或角位移是必不可少的,而步进电动机的工作特点正好能够满足这种要求,因此它常常在控制系统中用作执行元件和功率驱动元件。

步进电动机的优点十分显著,但也有一些不足的地方,例如步进电动机是通过对序列脉冲的控制来工作的,每走一步都要产生一定的振动和噪音,特别是工作在低频段时,这种振动会影响加工工件的表面光洁度。

【总页数】1页(P48)
【作者】钱振宇
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TM383.603
【相关文献】
1.基于AT89C52的步进电动机恒流斩波细分驱动电路 [J], 王勇
2.高跟踪频率高细分三相混合式步进电动机驱动器设计 [J], 钟德刚;李爱芹;罗筱宏
3.基于PIC18F2331的步进电动机细分驱动电路设计 [J], 申宁;王秀和;张冉;刘士
勇
4.步进电动机恒频脉冲调宽细分驱动电路 [J], 赵世强
5.基于SA4828的三相步进电动机细分驱动 [J], 田云;张宏龙
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混合式步进电动机细分驱动器的研制开发

管的三相步进电机的驱动中。由ＩＲ２１３０组成的功率驱动主回路如图２所示。主回路采用了三相半桥双开关管电路。图示为单相绕组的接
［１］刘宝廷－步进电动机及其驱动控制系统［Ｍ］．哈尔滨：哈尔滨工
为２５０ｍＡ，最大反向峰值电流为５００ｍＡ。通过外接取样不下降。经实际测量，最高响应频率可达７８Ｋ。电阻，当被驱动器件过流时，它内部的过流保护电路就会
［参考文献］
封锁输出，从而保护功率器件不会损坏，只有当３个低端输入信号同时为高电平时，封锁才解除。它内部还有过压、欠压等保护。它的输出驱动信号的最小上升时间为５００ｎｓ，最小下降时间为３００ｎｓ，可以在较高的频率下工作，而且输入信号与１ＹｒＬ及ＣＭＯＳ电平兼容。这些特点使ＩＲ２１３０非常适合应用于由ＭＯＳＦＥＴ和ＩＧＢＴ作开关
业大学出版社，１９９７．
［２］黄大贵微机数控系统［Ｍ］戚都：电子科技大学出版社，１９９６．［３］郭庆鼎，王成元．交流伺服系统［Ｍ］ ’ 北京：机械工业出版社，１９９４．［４］郭庆鼎，王成元，周美文．矢量控制交流伺服驱动电动机［Ｍ］．北
相反，若上桥要
开通，则下桥必
回
该部分电路比较简单，主要是完成和外部控制信号的须是关断的，绝
连接、隔离，电源输入接口和电机连接端口以及相关功能的对不允许有使上

基于DSP的二相混合式步进电动机SPWM细分驱动

基于DSP的二相混合式步进电动机SPWM细分驱动
李景男;王旭东
【期刊名称】《电机与控制应用》
【年(卷),期】2002(029)004
【摘要】对于二相混合式步进电动机,如果绕组电流是两相对称的正弦交流电流,电动机将运行平稳,且具有较高的性能.在位置开环情况下,这种驱动方式实际上是一种细分驱动.文章给出了基于DSP的二相混合式步进电机SPWM驱动的软、硬件实现方法,并给出了实验结果,有实际意义和实用价值.
【总页数】3页(P31-33)
【作者】李景男;王旭东
【作者单位】哈尔滨理工大学,150040;哈尔滨理工大学,150040
【正文语种】中文
【中图分类】TM3
【相关文献】
1.基于DSP的混合式步进电动机斩波恒流细分控制研究 [J], 李莉;
2.基于DSPs的SPWM波调制方法的实现 [J], 王成;叶天晓;张峰
3.基于SPWM的三相混合式步进电动机在舞台电脑灯中的应用 [J], 易理告;王晓初;徐震
4.二相混合式步进电动机SPWM细分驱动 [J], 王泮海;史敬灼;徐殿国
5.基于FPGA的步进电机SPWM细分驱动系统的设计 [J], 张萍
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三相混合式步进电机细分驱动器的设计

三相混合式步进电机细分驱动器的设计黄慰辉;李训根【摘要】This paper introduces subdivided driving principle of stepping motor based on constant amplitude of current vector rotateevenly .Hardware and software design of the three-phase hybrid stepping motor driver is presented ,applying current tracking PWM controlmode .The experiment results show that the phase current is similar to sine wave and motor operate steadily .%介绍了基于电流矢量恒幅均匀旋转的步进电机细分驱动原理。

采用电流跟踪型PWM控制方式，给出了一种三相混合式步进电机驱动器的硬件和软件设计方案。

实验结果表明，输出相电流接近正弦波，电机运行平稳。

【期刊名称】《杭州电子科技大学学报》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】4页(P16-19)【关键词】步进电机;细分驱动;电流跟踪型;正弦波【作者】黄慰辉;李训根【作者单位】杭州电子科技大学电子信息学院，浙江杭州310018;杭州电子科技大学电子信息学院，浙江杭州310018【正文语种】中文【中图分类】TM383.6步进电机具有控制简单、成本低、无累积误差和定位精度高等优点，在工控领域中应用十分广泛［1］。

但步进电机受生产制造技术的限制，转子齿数不可能做得很多，故每走一步转过的角度比较大，电机运行不够平缓。

采用细分驱动技术，可以减小每走一步的角度，运动效果大大提高［2］。

结合细分控制理论的发展，针对步进电机转动时出现的不平稳现象，本文设计了一种以PIC单片机为控制核心的细分驱动系统，最终输出平滑地三相交流电，有效降低了步进电机的运行噪音。

基于DSP的三相异步电机控制毕业设计

基于DSP的三相异步电机变频调速控制器设计毕业论文（设计）诚信声明本人声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及已获得或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

论文（设计）作者签名：日期：年月日毕业论文（设计）版权使用授权书本毕业论文（设计）作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文（设计）的复印件和电子版，允许论文（设计）被查阅和借阅。

本人授权青岛农业大学可以将本毕业论文（设计）全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文（设计）。

本人离校后发表或使用该毕业论文（设计）或与该论文（设计）直接相关的学术论文或成果时，单位署名为。

论文（设计）作者签名：日期：年月日指导教师签名：日期：年月日1.要求：系统输入直流电，输出三相交流电，以控制三相异步电机。

2.概要：电机节能问题一直是广大学者研究的热点，在电机节能技术中最受瞩目的是变频调速技术。

本文研究一种基于数字信号处理器（DSP）的三相异步电动机变频调速系统。

论文首先阐述三相异步电动机的脉宽调制技术和矢量控制原理。

脉宽调制技术中重点分析正弦波脉宽调制技术（SPWM）和电压空间矢量脉宽调制技术（SVPWM）的基本原理和控制算法。

矢量控制思想是将异步电机模拟成直流电机，通过坐标变换，将定子电流矢量分解为按转子磁场定向的两个直流分量，实现磁通和转矩的解耦控制。

论文用Matlab/Simulink 软件对三相异步电动机矢量控制系统进行仿真研究，并在此基础上对矢量控制变频调速系统进行硬件和软件设计。

在硬件设计方面，系统以TI 公司的TMS320LF2407A DSP 芯片为控制电路核心，以三菱公司智能功率模块（IPM）PM25RSB-120 为主电路核心，对三相交流整流滤波电路、IPM 驱动和保护电路、相电流检测电路、转速检测电路、显示电路以及DSP 与PC 机通信电路等模块进行设计。

三相混合式步进电动机细分驱动系统的研究与实现

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Abstract ........................................................................................................... II 1 绪论 1.1 课题研究背景及意义 ............................................................................. (1) 1.2 课题研究目的.......................................................................................... (3) 1.3 全文安排及主要内容 ............................................................................. (4) 2 三相混合式步进电机工作原理及其驱动控制 2.1 三相混合式步进电机的结构和工作原理 ............................................. (5) 2.2 步进电机的脉冲细分技术 ..................................................................... (8) 2.3 三相混合式步进电机的数学模型 ......................................................... (9) 2.4 系统控制方案设计 ............................................................................... (12) 2.5 本章小结................................................................................................ (13) 3 系统的硬件设计 3.1 系统硬件总体框架设计 ....................................................................... (14) 3.2 控制电路硬件设计 ............................................................................... (15) 3.3 智能功率模块和驱动电路 ................................................................... (19) 3.4 系统辅助电源的设计 ........................................................................... (21) 3.5 本章小结 ............................................................................................... (23) 4 系统的软件设计 4.1 系统软件方案设计 ............................................................................... (24) 4.2 各程序模块功能介绍 ........................................................................... (25)
关键词：步进电机
脉冲细分驱动技术
数字信号处理器
系统仿真模型
I
华中科技大学硕士学位论文 Abstract
With the advantage of low cost, controlled simply, updated convenience, The step system is more and more popular in the industrial field of electrical macine, metallurgy and it has the trend of replacing the expensive servo system. Compared to the servo system, the shortcoming is also obviously. The problem of low-frequency oscillation is serious, when the load fluctuate drastically, stepping motor may occur the phenomenon of losing step or even stall. The study of method which can improve the performance of stepping motor has important value and practical significance. Currently, there are many methods to drive stepping motor, under the analysis and comparison of these methods, the thesis decide to use the method of subdivision technology to drive the stepping motor. Stepping motor rotation is in the control of pulse which was send by the host computer. The stepping motor will run one step when received one pulse, by the use of this new technology, the driver must receive a number of pulse when running the same angle, the pulse frequency in the same speed will increase by several times. This will suppress low frequency oscillation of motor. The thesis completes the design of hardware circuit and software. The hardware circuit includes control circuit and power circuit. The software includes main program and interruptted service routine. Finally, set up the simulation model in Matlab, and simulate the system scheme. Gain stator phase current in different subdivision and speed, verify the feasibility of the system scheme. The results of experiment show that the motor operating performance is better than system without subdivision, and the noice is small.
The Research and Design of Subdivided Driver for Three-Phase Hybrid Stepping Motor
Candidate : Major :
Tu Min Control Theory & Control Engineering Associate Prof. Yin Quan
Supervisor :
Huazhong University of Science & Technology Wuhan 430074,P.R.China Febrary, 2012 Nhomakorabea 独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。
保密□ ，在_____年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。
（请在以上方框内打“√” ）
学位论文作者签名：日期：年月日
指导教师签名：日期：年月日
华中科技大学硕士学位论文摘要
步进电机及其驱动系统具有成本低、控制系统简单、升级更新方便的优势，所以在数控、冶金等工业现场使用越来越普及。但是与伺服系统相比，缺点也很明显，步进电机存在低频振荡、抗干扰能力差的问题，负载波动过大时，可能出现丢步甚至堵转的危险。所以研究一种可以改善步进电机运行性能的控制方式具有重要的运用价值和现实意义。当前，步进电机的驱动方法有许多种，本文在研究和比较各种驱动方法的基础上，确立了采用脉冲细分技术作为本课题研制的步进电机驱动方法。步进电机是通过上位机或者数控系统给驱动器发送电脉冲控制的，上位机每发一个脉冲，步进电机转过一个步距角，采用细分技术，步进电机转过相同的角度，驱动器需要的脉冲等于细分数。因此，步进电机在相同速度下的脉冲频率也随之升高，可以抑制低频振荡。论文完成了硬件电路和软件程序的设计，硬件电路主要包括控制部分和功率部分，软件主要包括系统主程序和中断服务子程序。最后，在 Matlab/Simulink 下搭建了系统仿真模型，对系统控制方案进行了仿真，在不同细分条件和转速下获得了绕组相电流的波形，验证了系统控制方案的可行性。实验结果表明，采用细分驱动技术后，电机运行效果明显比没有采用细分技术效果好，电机噪声小，运行平稳。