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混合式直线步进电机细分驱动电路的实现

l 引 言 直线步进电动机是一种直线增量运动的电磁执行元件,是一种将输入脉冲转换成步进直线运动的机电装置。它具有在开环条件下,能直接提供精确可靠的直线位移、速度和加速度控制,且能静态和动态定位,目前已在数控机械、计算机外设等精密驱动、精密控制领域得到广泛的应用。 直线步进电机的定位精度是一个十分重面的性能参数。直线步进电机可以用一般的脉冲信号来控制和驱动,但采用一般的脉冲信号,定位分辨率比较低,因此直线步进电动机主要采用细分电路提高定位分辨率。2直线步进电机的控制系统所设计的样机是二相混合式直线步进电动机,在绕组A和B分别通过正弦、余弦电流,步进电动机即能正常运行。整个控制系统可分成调频电路、细分电路、驱动电路、键盘显示电路、存储器扩展电路等部分,如图1所示。 根据混合式直线步进电机的控制特点,要求细分电路满足如下要求。 a.由单片机形成频率可调、幅值可调的正弦和余弦信号。 b.频率范围为0.6~300Hz。 c.在细分度允许的条件下,提高定位精度。3细分电路的硬件设计 所介绍的细分电路是利用单片机I/D口每隔一定时间输出不同的数字量,该数字量分别为相应时刻的正弦函数值和余弦函数值,经D/A转换就得到正弦和余弦信号,由若干个数字量逼近的正、余弦信号,它的精确度取决于正、余弦信号的细分度和D/A转换器的分辨率。所选择的细分度为100,D/A转换器的分辨率为10位,硬件图如图2所示。 图中仅画出一相输出,另一相输出硬件图基本相同,由于10位D/A转换器AD7520不带锁存器,故8031采用二次操作输出10位数据,先将高2位数据输到74LS74(1),接着把低8位数据输出到74LS377,同时把74ILs74(1)的内容传送到74Ls74(2),从而实现8031输出10位数据同时达到AD7520的数据输入线,通过改变AD7520的参考电压VREF,可改变正、余弦信号的幅值。 为了能改变直线步进电机的速度,必须输出的正弦、余弦信号是一种频率可调的信号,采用ADC0809将模拟量转换成数字量,并作8031定时器O的时间常数。设8031定时器0采用工作方式0,则时间常数为13位,低5位固定,高8位采用ADC0809转换的数字量,通过改变AI)C0809的输入模拟量,改变ADC0809输出的数字量,从而改变了定时时间常数,达到改变正弦、余弦信号频率的目的。4细分电路的软件设计 为了节省CPU时间,对正弦、余弦信号的数字量,不是采用即时计算的方法确定,而是预先经过计算,形成一个正弦函数表,存放在单片机的存储器中,通过查表形成正弦波,余弦波的形成只是在查表时相差90o。 一般,对于正弦、余弦信号的逼近,细分度和D/A转换器分辨率越高,定位精度就越高。但细分度越高,要求单片机速度越快,且D/A转换器的分辨率也受到价格和单片机速度的影响,根据样机的控制特点,选择细分度为100,D/A转换器分辨率为10位。 按细分度N=100,将正弦波一个周期分为100等份,则计算某一函数值的公式为:式中 D——某一正弦函数值 N——细分度 n——取0~100 将此值转换为16进制数,加上偏移码,即得某一正弦函数的数字量,对于双极性的10位D/A转换器,偏移码为0200H,即此值AD7520双极性输出为零伏。正弦、余弦信号子程序框图如图3所示。5结论a.实验结果表明,采用查表形式,单片机能产生频率可调、幅值可调的正、余弦信号,方便地实现细分驱动及直线步进电机的速度控制。b.由于采用较高分辨率的细分电路,使直线步进电动机定位精度得到提高,样机的定位精度达O.04mm。

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