反馈控制改善驱动电源矩频特性

康晶，邵强，胡红英

(大连民族学院，辽宁大连116600)

    摘要：为了改进步进电动机的矩频特性，设计了一种具有反馈控制环节的高低压驱动电路，将检测控制环节应用于高低压驱动电路，提高了驱动电源的高频驱动能力。介绍了电路的结构原理和部分参数的计算。对三种驱动电路进行了驱动能力和特性对比实验。实验结果表明：该方法明显地提高了驱动能力，改善了电源的矩频特性，克服了恒流斩渡驱动电源的高频电磁噪声和斩波管的过热现象。

    关键词：矩频特性；驱动电路；检测环节；反馈控制

    中图分类号：TM383．6  文献标识码：A  文章编号：1004—7018(2008)06—0034—03

0引  言

    步进电动机是机电一体化系统中的重要执行元件，步进电动机的输出转矩与运行脉冲频率的关系称为矩频特性，一般步进电动机的输出力矩随着运行频率的升高而下降。为了改善步进电动机的矩频特性，提高步进电动机高频段的输出力矩，可以采用提高电源电压的方法来增加绕组中电流的有效值；或在绕组回路中串电阻，以降低时间常数T，但前者会导致低频运行时绕组电流过载，后者会增加功率损耗，导致步进电动机和整个供电系统效率降低。通常采用高低压供电或恒流斩波改善步进电动机的矩频特性^[1-4]。如文献[1]报道采用高低压切换方法，电机在低速运转时采用低压供电，降低电机的低频振荡；高频运行时采用高压供电，提高电机的高频运行力矩；文献[2]报道采用具有反馈控制环节的高低压驱动电路，利用反馈控制高压管的导通时间，适应不同的运转频率，改善高频驱动能力，并且消除了恒流斩波驱动电路在锁相时因斩波产生的高频电磁噪声，并且克服了定时控制与脉冲变压器式驱动电路对步进电动机运行频率范围的限制，难于集成的缺点^[2]。

1具有反馈控制环节的高低压驱动电路

    高低压驱动电路又称双电压驱动电路，可以分为定时控制与脉冲变压器控制。脉冲变压器式驱动电路结构简单，但是因为使用脉冲变压器使制造工艺复杂，成本高，且不易模块化，目前用得很少；定时控制高低压驱动电路采用单稳态触发器将控制脉冲分离出一个同步的窄脉冲作为高压有效控制信号。该脉冲的宽度为单稳态触发器的暂态过程时问△t，在这个过程中高压控制管与低压控制管同时导通。△t既不能太大也不能太小；太大时，步进电动机电流过载使两个驱动管烧坏甚至将步进电动机烧毁；太小时，高频性能改善不明显，高频运转时出力小，易产生失步现象。一般△t取值与主回路的电气时间常数t相等[2]。一旦△t被确定，则难以控制、调整适应不同的运转频率和不同绕组电感的步进电动机。具有反馈控制的高低压驱动电路如图1所示，

于集成的缺点[2]。

1具有反馈控制环节的高低压驱动电路

    高低压驱动电路又称双电压驱动电路，可以分为定时控制与脉冲变压器控制。脉冲变压器式驱动电路结构简单，但是因为使用脉冲变压器使制造工艺复杂，成本高，且不易模块化，目前用得很少；定时控制高低压驱动电路采用单稳态触发器将控制脉冲分离出一个同步的窄脉冲作为高压有效控制信号。该脉冲的宽度为单稳态触发器的暂态过程时问△t，在这个过程中高压控制管与低压控制管同时导通。△t既不能太大也不能太小；太大时，步进电动机电流过载使两个驱动管烧坏甚至将步进电动机烧毁；太小时，高频性能改善不明显，高频运转时出力小，易产生失步现象。一般△t取值与主回路的电气时间常数t相等^[2]。一旦△t被确定，则难以控制、调整适应不同的运转频率和不同绕组电感的步进电动机。具有反馈控制的高低压驱动电路如图1所示，

开环饲服机构运动控制的重要环节，如果过程曲线

设计不合理或驱动电流不足，则易出现升速过程的失步。一般，步进电动机升速过程由电机的矩频特性曲线计算确定，而驱动电流则由驱动电路的结构、参数和运行频率确定。步进电动机单相绕组与驱动器的接口是一典型的L—R回路，如图3所示。电机绕组L的电流满足下述微分方程：

式中：θ——电机转角；

    R——主回路及电机绕组的总电阻；

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