基于CPLD的步进电机细分复合控制器

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1、基于CPLD的步进电机细分复合控制器李超彪张赤斌王兴松田梦倩东南大学，南京,210096摘要：提出了一种新的实现方法，利用CPLD将细分、恒流控制等功能集成在一片芯片中。给出了集远控解码、细分.BANG-BANG恆流控制于一体的复合控制器实现方法。该方法大大简化了细分驱动电路的结构，降低了成本，同时也具有更大的灵活性。关键词：细分；步进电机:CPLD；恒流控制中图分类号:TM383.6文章编号-1004—132X<2005)18—1647—04CPLDBasedMicrosteppingComplexControllerofStepperMotorsLiChaobiaoZh

2、angChibinWangXingsongTianMengqianSoutheastUniversityNanjing,210096Abstract：AnewmethodofintegratingfunctionsofmicrosteppingandconstantcurrentcontrolinonechipbyusingCPLDtechnologywasintroduced.Therealizationprinciplesofthecomplexcontrollertwhichintegratedthefunctionsofremotedecode♦microstep

3、pingandBang—Bangcurrentcontrols,werepresented.Thisapproachgreatlysimplifiestherealizationofmicrosteppingdrivecircuit.Inaddition,itismorecost-effectiveandmoreflexible.Keywords:microstepping；steppermotor?CPLD；constantcurrentcontrol0引言步进电机主要优点是响应速度快、定位精度高、无累计位置误差、驱动线路简单、控制方法简单，缺点是转动不够平稳，运行时会

4、发生振荡现象，它将影响系统的正常稳定运行。目前步进电机的控制电路实现方法较多，普遍认为最有效的解决方法是细分法。目前常用的细分方法是采用单片机实现或将细分参数存在EEPROM等存储器通过逻辑电路实现细分输出，恒流控制用DAC与用专用PWM芯片共同实现。随着电子技术的发展，尤其是硬件描述语言的出现,解决了传统电路原理图设计系统工程的诸多不便，目前已有将CPLD/EPLD用于步进电机细分控制器的尝试⑴。本文提出了一种采用CPLD实现细分及恒流控制的步进电机细分驱动电路，为解决此类问题提供一个新思路。1细分原理步进电机内合成磁场的幅值及两相邻合成磁场夹角决定了步进电机旋转力矩的大

5、小及步距角的大小。通过对步进电机励磁绕组中电流加以控制，使步进电机内部的合成磁场形成幅值不变、均匀的圆形旋转磁场，便可实现步进电机恒力矩及步距角均匀细分控制。因此，要实现步进电机恒收稿日期：2004—10—26墓金项目：国家自然科学基金资助项目（50475076）力矩细分控制必须通过合理控制步进电机内各项绕组中的励磁电流。对三相反应式步进电机实现均匀细分比较简便可行的方法是采用如图1所示波形的绕组电流⑵。ffl1三相反应式步进电机绕组电流波形绕组A电枢电流随相位变化的函数如下：/msino0WaV弩以=

6、离参考点的角度；以为绕组A电枢电流Mm为电枢电流幅值。绕组B电枢电流订滞后绕组C电枢电流ic超前JK,这样合成电流矢量I=普Jme”，在电机内部便形成场强恒定的旋转磁场。•1647•由于磁饱和、气隙空间形状等原因，步进电机实际的矩相特性曲线T=£（仍并不呈现莞全的正弦特性⑵。可以通过实验方法获取更加精确的细分电流数据，对谋差进行插值补偿。本文采用式（1）进行8细分电流阶梯化，将具体细分电流参数存入CPLD中。2系统构成与实现细分驶动电路主要由细分、恒流控制、功率放大三部分组成。目前一般的做法多采用单片机和专用PWM驱动芯片、DAC等构成，系统构成较为复杂。步进电机的功率放大

7、器的控制信号需要良好的实时性与并行、同步性能，而采用CPLD可以很好地解决此类问题。我们将细分与恒流控制电路集成在一片芯片上，可大大提高集成度、简化步进电机细分驱动电路。图2为该系统结构组成原理实现简图。细分复合控制器由细分模块、用于恒流控制的Bang-Bang控制器及与采用串行接口的TLC5620（DAC）实现通讯的通讯模块构成。图2步进电机细分驱动电路原理简图图中，S1、S2为远程控制信号.MODE为远程信号类型设置，CLK为时钟输入端，RST为复位端，AIFB、BIFB、CIFB为电枢电流超过设定值的反馈信号