步進(jìn)電機優(yōu)化控制

當A、B兩相通電時(shí)，設電流分別為iA、iB，相應的靜轉矩為MA、MB，忽略磁路之間的影響，其合成矩角特性為二者相疊加，如式(3)所示：

由公式(3)和(4)可知，當步進(jìn)電機的電流按照線(xiàn)性規律變化時(shí)，其距特性如圖3(a)所示。由于距角特征幅值因通電電流的不同而各不相等，因此各細分步的步距角就不能保持一致。理想的細分電流波形應使各通電狀態(tài)下的步距角特性的幅值、形狀均相等，如圖3(b)所示。

因此電流按線(xiàn)性規律變化的細分方式使得細分后的每一小步的控制精度不相等。而如果按等步距角細分，則細分后的步距角為：

如果在控制電路中嚴格按照電流分配系數來(lái)控制各個(gè)通電狀態(tài)，則能夠保證細分后的每一小步的控制精度相等。因此本文采用按等步距角的細分方式。

2 步進(jìn)電機細分控制硬件的實(shí)現

為了實(shí)現步進(jìn)電機的等步距角細分，本文采用脈沖寬度調制(PWM)的方式來(lái)實(shí)現。PWM就是對逆變電路開(kāi)關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖。這些脈沖綜合在一起即可形成等效的正弦波、方波等預期的波形。而等效輸出波形的質(zhì)量與脈沖的步距有關(guān)，即同一時(shí)刻輸出的PWM路數越多，則脈沖密度越高，則輸出等效波形的質(zhì)量就越好。而傳統的步進(jìn)電機控制系統多采用單片機作為微處理器，而單片機是單線(xiàn)程的微處理器，同一時(shí)刻只能執行一條命令，也即是同一時(shí)刻只能產(chǎn)生一路PWM信號，因此輸出波形質(zhì)量較差，從而導致步進(jìn)電機的控制精度偏低。而FPGA的運算速度遠遠高于單片機的運算速度，且通過(guò)模塊化設計可以使其處于多線(xiàn)程工作模式，即可以同時(shí)產(chǎn)生多路PWM信號，提高了輸出等效波形的質(zhì)量。本文中選取Altera公司2004年推出了新款CycloneⅡ系列FPGA器件作為開(kāi)發(fā)平臺，同時(shí)輸出8路PWM信號，控制實(shí)現四相步進(jìn)電機的16細分。同時(shí)利用串口模塊與上位機相連以實(shí)現人機交互。系統原理圖如圖4所示。