三相实时自动细分步进驱动器制造技术

一种三相实时自动细分步进驱动器，采用依次连接由双通道数模转换器构成的电流指令发生器、ＰＩ运算调节器、由三角波发生器和比较器组成的ＰＷＭ调制器、桥臂驱动电路、电流设定电路、三相功率逆变桥、电流检测调理电路，由数字信号处理器的脉冲、方向和脱机指令，经双通道数模转换器运算产生电流给定指令，通过电流检测调理电路检测电机绕组中的电流，调理后得到电机三相电流的反馈值，对给定信号和反馈信号通过ＰＩ运算调节器进行闭环调节控制实现电机的控制。属于步进电机驱动控制系统的技术领域，实现提供一种三相实时自动细分步进驱动器，改善了震动和噪音，应用于自动化、医疗等领域。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及步进电机驱动器，具体指三相步进细分驱动器。属步进电 机驱动控制系统的

技术介绍
步进电机与步进驱动器一起构成了步进控制系统，由于控制简单方便，成 本低，可靠性高，已经在各个行业得到广泛应用。但由于步进控制系统的运行 是由一个一个的，分散独立的单步(单一角度跳越方式)拼接完成的，其运行 过程中的单步执行带来的振荡直接导致了震动噪音的产生，为了满足现代工业 自动化
提出的降低震动、减小噪音和提高精度的需求，细分控制技术 得到了普及应用。传统的细分控制是预先将电机的标准步距进行等角度分割后， 进行矢量分解，计算得到各个位置的相电流矢量数据存储于驱动器中，实际工 作时按照上位控制指令的要求，查出指令位置对应的相电流数据，配合驱动器的控制电路(多为PWM控制)实现电流的精确控制，从而在电机轴上还原出设 定好的分割角度定位要求。细分数越高，单位步距当量就越小，电机运行就越 均匀，从而实现驱动控制系统改善平稳性、提高定位精度、降低噪音的目的。 但是，传统细分控制方式存在很大的局限性，使用高细分就相应的对控制系统 的指令频率输出能力提出了更高的要求，很多的控制系统 不具备这样的高频 控制能力，用户或者要更换高档的控制系统，或是只能选择较低的细分控制方 式，因而对许多行业强烈要求改善震动、噪音等指标的问题，不能获得满意的 效果。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种三相实时自动细分步进驱动器。利用驱动器 内置的数字信号处理器(DSP)的强大运算处理能力，对控制系统的指令进行实 时自动运算分解，将控制系统的一个指令按照步进电机允许的最小执行当量实 时自动的进行解析，并按照相应的规则时间上顺序执行，从而达到最优的运行 性能。因为这一控制方案完全由步进驱动器内置的运算单元承担，不会增加任 何的上位机开销。新的控制方式采用实时运算替代了传统查表式的细分模式， 从而可以自动根据步进电机的运行状况灵活采取不同的控制策略，达成最优的 运行效果，实现提供一种三相实时自动细分，同时又改善震动、噪音的步进驱 动器。由于减小了谐波的含量，降低了电机的铁损，有利于降低电机的温升损 耗，提高步进电机的工作效率，实现提高节约电力能源的目标。广泛应用于工 业自动化、医疗、国防建设等领域。本技术是这样实现的，其技术方案是在三相实时自动细分步进驱动器 中，采用按编制相关软件执行的数字信号处理器DSP为核心，依次连接由双通 道数模转换器构成的电流指令发生器、PI运算调节器、由三角波发生器和比较 器组成的PWM调制器、桥臂驱动电路、电流设定电路、三相功率逆变桥、电流 检测调理电路，由数字信号处理器DSP接收上位控制发出的脉冲指令、方向指 令和脱机指令，其特征是根据预设的方案生成两相电流数据指令，经双通道数 模转换器结合电流设定电路输出产生三相模拟电流给定指令，通过电流检测调 理电路检测电机绕组中的实际电流，调理后得到电机三相电流的反馈模拟值， 对给定信号和反馈信号通过模拟PI运算调节器进行电流的闭环调节控制，最终 产生PWM信号和六路驱动信号，控制三相功率逆变桥，实现电机的控制运行。以具备高精度，高运算速度的DSP为内核，快速的内核运算速度可以及时 的对控制信号进行响应，并在指令间歇期进行多次的迭代运算，确保输出结果 的细腻。高运算精度可以保证运算结果的误差较小，提高准确率。本案采用16 位DSP，运算速度达到30MPS以上。通过对DSP软件的优化设计及三相实时 自动细分步进驱动器的电路连接方式， 一方面可以提供最大程度的可用性，提 供了16种细分选项，涵盖了几乎所有自动化领域常用的两相、三相、五相步进 电机的步距选择，提供了所有常用工作模式，包括单脉冲、双脉冲、断电记忆、 自动半流等工作模式；另一方面可以通过编制的软件处理提炼指令信息，达到 智能化实时细分的控制，使指令电流尽可能的趋近正弦波，达到最大限度的降 低电机运行震动、噪音、温升的目标。采用本技术的优点和效果在于 传统细分中一旦选择了某种细分，无论运行速度如何会一直保持该细分控 制，细分数低时由于拟和正弦的数据点较少，步距不够细腻，仍存在震动噪音 等问题，而高细分又需要控制系统配合很高的控制信号频率和处理速度，难以 实现高速运行。而实时自动细分通过内置的智能软件算法做到了在任何一种细 分选项下都实现最高细分的运行效果，使震动、噪音等运行指标得到最大的优 化，细分的选择只代表了指令脉冲所对应的旋转角度，而不会再有性能上的差 异，即使用户选择了最粗糙的非细分步(整步)方式，驱动器也可以按照最佳 的细分自主优化执行，在得到最佳运行效果的同时不增加任何额外的上位控制 系统开销，从而可以和原控制系统进行无缝的对接。采用实时自动细分的步进 系统，在改善了电机运行的震动、噪音的同时，也由于更细致的电流控制使其 和正弦波的拟和度更高，因此减 小了谐波的含量，降低了电机的铁损，有利于降低电机的温升损耗，提高步进电机的工作效率，实现提高节约电力能源的目 标。以下结合附图和实施例，对本技术进一步说明如下附图说明图l本专利技术的原理框图图2数据信号处理器DSP的电路图图3给定电流指令数模转换(DA)转换电路图4电流检测调理电路图5 PI运算控制电路图6桥臂功率管驱动电路图7电流设定电路图8三相逆变桥具体实施方式在图1中，其技术方案是在三相实时自动细分步进驱动器中，其特征在于-由包括依次相联的数字信号处理器(DSP) 1、由双通道数模转换器构成的电流 指令发生器2、 PI运算调节器3、由三角波发生器和比较器组成的PWM调制器 4、桥臂驱动电路5、三相桥6、浮置电流采样处理电路7共计七部分构成完整 的步进驱动器。由DSP接收上位控制发出的脉冲指令、方向指令和脱机指令。每个部分的功能如下数字信号处理器(DSP) 1，是本三相实时自动细分步进驱动器的控制中心，负责完成接收控制指令，按照编制好的程序进行运算控制。由双通道数模转换器构成的电流指令发生器2,负责将上述数字信号处理器 输出的两路数字电流给定指令转化为控制需要的模拟指令REF-U、 REF-V,并 通过采用模拟运算器生成第三路指令REF-W。浮置电流采样处理电路7，直接串联入两相电机绕组中，经后置处理校正后 得到两相SEN-U、 SEN-V，并运算得出第三相电流的实际值SEN-W。闭环电流PI运算调节器3，接收上述电流指令发生器2和浮置电流采样处 理电路7的输出，进行比例积分运算调节后生成误差调节修正值，送至比较器， 经由三角波发生器和比较器组成的PWM调制器4，调制后生成三相的驱动信号， 送至桥臂驱动电路5。桥臂驱动电路5，接收上述4的输出，整理成桥臂功率管需要的栅极信号， 用以控制功率管开关。结合三相桥6逆变，实现功率的变换，将直流母线电压 转化为三相步进电机工作需要的电流。下面，通过图2的数据信号处理器DSP的电路图以及下面的图3至图8， 对本技术的技术方案作详细说明在图2的技术方案是在三相实时自动细分步进驱动器中，其特征在于由 数字信号处理器DSP接收上位控制发出的脉冲指令、方向指令和脱机指令，根 据预设的方案生成两相电流数据，送至双通道数模转换器。在图2控制内核DSP芯片电路中，在第15脚(IC1)接收上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三相实时自动细分步进驱动器，采用按编制相关软件执行的数字信号处理器ＤＳＰ为核心，依次连接由双通道数模转换器构成的电流指令发生器、ＰＩ运算调节器、由三角波发生器和比较器组成的ＰＷＭ调制器、桥臂驱动电路、电流设定电路、三相功率逆变桥、电流检测调理电路，由数字信号处理器ＤＳＰ接收上位控制发出的脉冲指令、方向指令和脱机指令，其特征是根据预设的方案生成两相电流数据指令，指令经由双通道数模转换器结合电流设定电路的输出产生三相模拟电流给定，通过电流检测调理电路检测电机绕组中的实际电流，调理后得到电机三相电流的反馈模拟值，对给定信号和反馈信号通过ＰＩ运算调节器进行电流的闭环调节控制，最终产生ＰＷＭ信号和六路驱动信号，控制三相功率逆变桥，实现电机的控制运行。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王璐，姚宏，
申请(专利权)人：北京和利时电机技术有限公司，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]