一种指数升降频正弦波细分的两相混合式直线步进电动机驱动器研究
摘要：介绍了一种基于C8051F005单片机控制的两相混合式直线步进电机(LRⅡ)驱动器。驱动器具有恒流斩波、指数升降频和正弦波等幅均匀细分的功能。测试结果表明，驱动器具有良
好的动态和静态特性，并且结构简单，使用方便，可作为LtM本体研发的配套设备，通过修改软件参数也可推广应用于其它LtM的驱动控制，具有较好的应用前景。关键词：直线步进电动机，指数升降频，均匀细分，测试

0引言
    目前我国自行研发的直线步进电机驱动控制器和国外相比差距很大，实际应用中多使用国外的通用驱动控制器，成本较高，国内产品种类很少，而且大部分产品细分只有较少档位，定位精度不理想，电机运行不流畅，噪音较大，调速控制几乎都采用直线升降速控制技术，不能很好地发挥直线步进电机的加虚陛能，速度可调节范围窄。这些因素严重制约了我国直线脉冲电机的推广应用。1驱动控制方案
1 1驱动控制技术概述
    (1)常规驱动技术主要指单电压串电阻驱动、双电压驱动和高低压驱动。优点是电路简单、成本低，缺点是能量消耗大，电机低频运行不平稳，噪声较大，控制精度不够高”“。
    (2)恒流斩波驱动技术优点是能够保证电机牵出转矩的平均值基本恒定，同时电机的高频响应得以提高，共振现象减弱，缺点是不能解决电机本身所固有的低频振动问题。
    (3)细分驱动控制技术优点是能提高电动机的系统分辨率和运行平稳性，解决低频振动问题，进一步改善系统的牵出特性。
    (4)加减速升降频控制技术优点是避免因失步无法起动、运行过程中失步及停止时过冲等现象。
1 2方案选择
    Lmd最动和噪声比其他类型的微电机都高。细分驱动技术可将电机的脉冲细化，减小步距，保证电机低速时平稳运行；在电机相数和极数一定的情况下能提高电机的分辨率，实现精确定位。由I_,PM力一速特性可知，电机的电磁推力随着脉冲频率的上升而下降，起动频率越高，起动电磁
推力越小，带载能力越差。当起动频率较高时，起动时会造成失步，停止时又会发生过冲。因此，当电机以较高的速度工作，必须借助于升降频控
制才能实现，但如果升降频过程中输出的脉冲频率变化不合理，则使电机失步且升降速时间延长，甚至使电磁推力达不到设计指标，限制了电机的****工作速度∞J。
    综上所述，驱动控制方案确定为按指数规律升降速的正弦波等幅均匀细分驱动控制。
2  算  法
2．1正弦波细分算法
    【,PM可认为是旋转步进电机的展开，所以，旋转步进电机正弦波等幅均匀细分算法也同样适用于对LPM的控制。
    设两相混合式旋转步进电机的两相绕组中电流满足如下相角关系：
  式中，p为电机轴预置位置的电角度；k为永磁铁等效励磁电流的幅值。
    对于理想化模型(不计铁心饱和的影响并忽略磁导中高次谐波的影响)，两相绕组中分别通人模拟的正、余弦电流则可得到类似同步机的转矩特
性，使电机均匀旋转。等幅均匀细分算法是用有限的数字化电流量来模拟正弦电流，从而实现驱动控制。图l为8细分时，在一个步距内电机A、B两相绕组电流的变化情况。

2．2指数升降频算法
    一般的升降速规律设计，常常选择按直线规律升降速。这种控制方法简单。但由于它的脉冲频率变化为一个恒定的加速度，所以不能保证升降速过程中动子加速度的变化与它的电磁推力变
化相适应，未能很好地发挥电机的加速性能。因此，有必要对脉冲频率进行合理地研究与论证，
寻求一种较理想的升降速曲线，使电机在运行过
程中能够快速定位，并且运行步数准确∽。J。
    为了找出理想的升降速规律，依据LPM动力学方程和力一速度特性曲线推导升降速曲线如下：直线脉冲电机的动力学方程式