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  文章标题:混合式直线步进电机细分驱动电路的实现
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作者:jialincy  发表时间:2010-4-18 18:39:26
混合式直线步进电机细分驱动电路的实现
    刘贤兴(江苏理工大学镇江212013) 
【摘  要】介绍利用mcs_51单片机实现对混合式直线步进电机的细分驱动,采用查表形成
正弦、余弦信号,实现细分电路和直线步进电机的速度控制。
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

 

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