毕业设计（论文）-步进电机细分驱动电路设计

《毕业设计（论文）-步进电机细分驱动电路设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、前言随着社会的进步和人民生活水平的不断提高及全球经济一体化势不可挡的浪潮，我国微特电机工业在最近10年得到了快速的发展。快速发展的显着标志是使用领域不断拓宽，用量大增，特别是在日用消费市场和工业自动化装置及系统的表现最为明显。与此同时，随着电力电子技术、微电子技术和计算机技术、新材料以及控制理论和电机本体技术的不断发展进步，用户对电机控制的速度、精度和实时性提出了更高的要求，因此作为微特电机重要分枝的控制电机也得到了空前的发展。步进电动机又称为脉冲电动机，是数字控制系统中的一种执行组件。其功用是将

2、脉冲电信号变换为相应的角位移或直线位移，即给一个脉冲电信号，电动机就转动一个角度或前进一步。步进电机和普通电动机不同之处是步进电机接受脉冲信号的控制。现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机和单相式步进电机等。其中反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。现阶段，反应式步进电机获得最多的应用。步进电机和普通电机的区别主要在于其脉冲驱动的形式，正是这个特点，步进电机可以和现代的数字控制技术相结合。不过步进电机在控制的精度、速

3、度变化范围、低速性能方面都不如传统的闭环控制的直流伺服电动机。在精度不是需要特别高的场合就可以使用步进电机，步进电机可以发挥其结构简单、可靠性高和成本低的特点。使用恰当的时候，甚至可以和直流伺服电动机性能相媲美。步进电机被广泛应用于数字控制各个领域：机器人方面，机器人的的关节驱动及行进的精确控制，需要步进电机；数控机床方面，如数控电火花切割机床要求刀具精确走步，减小加工件表面的粗糙度的同时提高效率，需要步进电机；办公自动化方面，如电脑磁盘驱动器中的磁盘进行读盘操作的精确位置控制，需要步进电机，在打

4、印机、传真机中也需要步进电机对设备进行位置控制。步进电动机是经济型数控系统经常采用的电机驱动系统。这类电机驱动系统的特点是控制简单，适合计算机系统控制要求。步进电动机的细分驱动系统较以往的电机系统，消除了低频震荡问题，控制分辨率更高，使其应用领域更加广泛。451步进电机的发展背景1.1国外步进电机的发展步进电机的机理是基于最基本的电磁作用，其原始模型起源于19世纪中期，1870年开始出现最早的步进电动机。此后，在电话自动交换机中广泛使用了步进电动机，不久又在缺乏交流电源的船舶和飞机等独立系统中广泛

5、应用。20世纪60年代后期，随着永磁材料的发展，各种实用性步进电机应运而生，而半导体材料的发展则推动了步进电机在众多领域中的应用。近30年来，步进电机迅速发展并成熟起来。从发展趋向来讲，步进电动机已经能与直流电动机、异步电动机及同步电动机并列，成为电机的一种基本类型。1.1.1国内步进电机的发展我国的步进电动机的研究和制造起始于20世纪50年代后期。从50年代后期到60年代后期，主要是高等院校和科研机构为研究一些装置而开发的少量产品，这些产品以多段式三相反应式步进电动机为主。70年代初期，步进电动

6、机的生产和研究有所突破，除了反映在驱动器设计方面的长足进步外，对反应式步进电动机本体的设计研究也发展到了一个较高的水平。70年代中期到80年代中期为成品发展阶段，新品种高性能电动机不断被开发。自80年代中后期以来，由于对步进电动机精确模型作了大量的研究工作，各种混合式步进电动机驱动器作为产品广泛应用。1.2步进电机驱动器的发展1.2.1步进电机驱动方式随着科学技术的发展，步进电机的驱动电路也不断改进，发展了好几种驱动方式。一般而言，步进电机的驱动方式有以下几种：（1）单电压串电阻驱动单电压串电阻驱

7、动器是最早的驱动器，是实现驱动器的基本功能的最简单的电路实现形式。单电压串电阻驱动主电路采用单管单端结构，串电阻是为了使绕组导通电流上升的前端变陡，改善高频的特性。这种驱动器的主要优点是电路简单，成本低；缺点是运行效率低，电阻能量消耗大，电阻发热还会影响整个系统的工作条件。（2）双电压驱动45双电压驱动的基本思想是在较低的频率段用较低的电压驱动，而在高频段时用较高的电压驱动，其主电路采用的是双管双端驱动结构。绕组中串联电阻比不可少，驱动器存在较严重的发热问题。转换频率将整个频域分成两段，特性不连续

8、，在低于、接近转换频率时输出特性下降较大。（3）高低压驱动基本思想是在导通相的前沿用高电压驱动提高绕组导通电流的前沿，而在沿过后用低压驱动维持绕组电流。主电路采用双管双端结构。绕组中不需限流电阻，不存在电阻的发热问题。优点是电机相绕组在很宽的频域都保持很大的平均电流，截止时泻放迅速，扩大了步进电机的运行频域；缺点是低频运行时，绕组的上冲电流比较大，电机的低频域运行不平稳，噪声较大。（4）斩波恒流驱动主回路由高压晶体管、电机绕组和低压晶体管串联组成，逆变桥可以是多相H半桥结构，也可以