电机控制系统核心芯片的比较

第11卷第1期沙洲职业工学院学报V ol. 11, No.1 2008年3月 Journal of Shazhou Professional Institute of Technology Mar. , 2008

电机控制系统核心芯片的比较

汤晓燕

（沙洲职业工学院，江苏张家港 215600）

摘要：介绍了高性能电机控制策略的发展趋势，针对电机控制策略的要求，对IRMCF341控制系统、TMS320LF2407控制系统、dSPASE控制系统等三种CPU类型的高性能电机控制系统分别介绍并进行了对比，为电机控制系统的设计提供了参考。

关键词：电机控制系统；CPU；高性能

中图分类号：TM3 文献标识码：A 文章编号：1009－8429(2008)01－0008－04

Comparison on the Core Chips for the Motor Control System

TANG Xiao-yan

( Shazhou Professional Institute of Technology, Zhangjiagang 215600, China )

Abstract: The paper outlines the developing trend of the motor control system with high performance. Based on the request of motor control strategy, the paper makes a respective introduction and contrast of the motor control systems with high performance of the three different types of CPU (IRMCF341 control system, TMS320LF2407 control system, dSPASE control system), which provides the reference for designing the motor control system. Key words: motor control system; CPU; high performance

0 概述

电机作为电能与机械能的能量转换装置，在工业、农业、交通运输以及日常生活中都发挥着重要作用。其中感应电动机以其结构简单、维护简便、成本低廉及可以在条件恶劣的环境下工作等一系列优点，尤其受到人们的青睐。在对调速性能要求低的场合（如风机、水泵等），人们通常采用基于感应电动机稳态模型的控制方法；而在对调速要求较高的场合，仍采用直流电动机。随着电力电子器件、微处理器等的飞速发展，可以实现一些基于感应电动机动态模型的控制算法，而矢量控制的出现使感应电动机的控制性能可以达到同直流电机的控制性能相媲美的程度。随着控制理论的不断发展和硬件条件的不断成熟，感应电动机的控制正在向高性能、控制策略复杂的方向发展。

1 高性能感应电动机的控制策略

1.1 矢量控制

矢量控制是目前感应电机高性能控制的主要方法，其基本思想是通过空间矢量坐标变换及磁场定向的方法，将感应电机模型转换成类似于直流电机的等效模型来进行控制。根据选择用于定向的参考矢量的不同，矢量控制可以分为按转子磁场定向和按定子磁场定向的矢量控制。而根据坐标变换中参考矢量的不同选取方式，矢量控制又可以分为间接矢量控制和直接矢量控制。矢量控制本质上是一种稳态解耦控制。

1.2 直接转矩控制

直接转矩控制是在定子坐标系下分析交流电机的数学模型，强调对电机的转矩进行直接控制。直接转矩控制所用的磁场定向是定子磁链，借助于离散的两点式调节（Bang-Bang控制）产生PWM信号，直

收稿日期：2007-12-30

作者简介：汤晓燕（1971-），女，沙洲职业工学院电子信息工程系副教授，硕士。

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接对逆变器的开关状态进行控制，以获得转矩的高动态性能。

1.3 智能控制

智能控制是通过模拟人脑的思维来实现对目标对象的控制，包括专家系统、模糊逻辑、神经网络等。基于布尔代数的专家系统运用的是精确的计算，而模糊逻辑和神经网络运用的则是近似和模糊的计算。智能控制系统的特点在于系统具有自适应、自组织及自学习的能力。感应电机的智能控制方法主要表现以矢量控制、直接转矩控制等结构为主体，采用智能控制方法与它们有机结合，以提高控制系统的自适应性或鲁棒性，从而提升控制系统的综合性能。

2 面向高性能感应电动机的控制系统

高性能感应电动机需要精确的控制，控制系统的CPU应有强大的计算能力、足够的存储空间、高分辨率的A/D转换、内置定时/计数器、数字I/O接口、带死区的PWM输出、较强的抗干扰能力，较高的性价比等特点。

2.1 IRMCF341控制系统

IRMCF341是将高性能电机控制集成电路和

通用微处理器8051集成在一起的高效芯片，优点是将电机控制电路的弱电部分和单片机集成在一起，中间有一个双向寄存器实现通讯，从而加快了电机的控制速度，简化了控制电路，提高了可靠性。

IRMCF341有2K的RAM、包括8051外围端口和电机控制外围端口。8051外围端口：不小于4.166MHz 的晶振接口、3个并行I/O接口、8位精度可调的模拟输出端。电机控制外围端口：6个PWM输出端、保护监测端、7个12位精度的模拟信号输入端、电源接口、5个测试端口。IRMCF341芯片有JTAG编程调试口，方便和MATLAB的无缝连接，提高调试效率。

所有电机的控制部分数据都通过同步通讯总线存储到寄存器中。控制部分有已经编制好的频率控制模块、磁通控制模块、矢量变换模块、函数计算模块、数学计算模块、外围运行模块，便于开发人员设计控制软件。

2.2 TMS320LF2407控制系统

DSP保持了微处理器自成系统的特点，又有优于通用微处理器对数字信号处理的运算能力。DSP为了完成实时信号的实时处理，采用了改进型哈佛结构，程序和数据存储器相隔离，双独立总线；在确保运算速度的前提下，提供了程序总线与数据总线间的总线数据交换器，以提高系统的灵活性。DSP中专门设置了乘法累加器结构，从硬件上实现了乘法器与累加器的并行工作，可在单指令周期内完成一次乘法。DSP采用了功能强大的复合指令，其单句运行的结果相当于通用微处理器的多条指令。DSP的精度高、可靠性好，其先进的品质与性

能可为电机控制提供高效可靠的平台。

TMS320LF2407是TI公司的16位电机控制用DSP，指令执行速度40MIPS、指令周期25ns，2.5K 片内RAM、32K的内存，2个事件管理器模块（2个16位定时器、2个16位PWM通道、2个正交编码脉冲电路接口、2个捕获通道），2个10位A/D通道，1个数字I/O端、40个复用I/O端，1个串行通讯接口、1个串行外设接口，CAN总线接口，5个外部中断，JTAG仿真接口。

DSP芯片相对于一般的微处理器有实时性的独特优势，可以实现用软件取代模拟器进行高性能控制。DSP 技术的发展正好为先进控制理论以及复杂控制算法的实现提供了有利的支持。因此，以TMS320LF2407为核心设计数字电机控制系统在目前是系统最小、实时性最强、性能最优的一种方案。

2.3 dSPASE控制系统

dSPASE实时仿真系统是由德国dSPASE公司开发的一套基于MATLAB的控制系统在实时环境下的开发与测试工作平台，实现了同MATLAB的无缝连接。dSPASE实时仿真系统由硬件和软件两部分构成，

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硬件具有高速计算能力，软件可方便地实现代码生成、下载和调试等工作。dSPASE实时仿真系统可集成完成从一个产品的设计到数学分析和仿真，从实时仿真实验到实验结果的监控。

图1 TMS320LF2407体系结构图

图2 TMS320LF2407控制系统

dSPASE实时仿真系统的组合性强，过渡性和快速性好，性价比高，实时性好，可靠性高。基于上述优点，使得控制系统的开发、仿真测试变得更加方便，也使得电机控制算法及仿真测试方案的研究进入了新的阶段。

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11 dSPASE 为控制系统的开发提供了一套工具包，可以完成从系统建模、分析、离线仿真到实时仿真的全过程。电机控制系统的研究一般有以下几个步骤：

（1）建立基于MATLAB 的电机控制系统模型；

（2）用MATLAB 对控制方案进行离线仿真；

（3）完成DSP 系统C 代码的生成、编译、连接和下载；

（4）利用ControlDesk 进行控制参数调整、显示响应曲线等功能；

（5）回到步骤（1）。

图3 dSPASE 控制系统

3 结论

文中述及的三种电机控制系统都具备控制操作直观、调试方便、有很大发展前途的特点。相比较而言，IRMCF341控制系统开发复杂控制算法的能力较弱；TMS320LF2407控制系统适合开发高性能的交流调速系统；dSPASE 控制系统代表半实物仿真的先进水平，价格偏高，适合高性能电机控制系统的研究与实验。

参考文献：

[1] 薛定宇.基于MATLAB/Simulink 系统仿真技术与应用[M].北京:清华大学出版社,2002.

[2] 江思敏.TMS320LF240x DSP 硬件开发教程[M].北京:机械工业出版社,2003.

[3] 陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京:机械工业出版社,2004.

[4] 韦巍.智能控制技术[M].北京:机械工业出版社,1999.

步进电机控制实验

步进电机控制实验 一、实验目的： 了解步进电机工作原理，掌握用单片机的步进电机控制系统的硬件设计方法，熟悉步进电机驱动程序的设计与调试，提高单片机应用系统设计和调试水平。 二、实验容： 编写并调试出一个实验程序按下图所示控制步进电机旋转： 三、工作原理： 步进电机是工业过程控制及仪表中常用的控制元件之一，例如在机械装置中可以用丝杠把角度变为直线位移，也可以用步进电机带螺旋电位器，调节电压或电流，从而实现对执行机构的控制。步进电机可以直接接收数字信号，不必进行数模转换，用起来非常方便。步进电机还具有快速启停、精确步进和定位等特点，因而在数控机床、绘图仪、打印机以及光学仪器中得到广泛的应用。 步进电机实际上是一个数字/角度转换器，三相步进电机的结构原理如图所示。从图中可以看出，电机的定子上有六个等分磁极，A、A′、B、B′、C、C ′，相邻的两个磁极之间夹角为60o，相对的两个磁极组成一相（A-A′，B-B′，C-C′），当某一绕组有电流通过时，该绕组相应的两个磁极形成N极和S极，每个磁极上各有五个均匀分布矩形小齿，电机的转子上有40个矩形小齿均匀地分布的圆周上，相邻两个齿之间夹角为9°。 当某一相绕组通电时，对应的磁极就产生磁场，并与转子形成磁路，如果这时定子的小齿和转子的小齿没有对齐，则在磁场的作用下，转子将转动一定的角度，使转子和定子的齿相互对齐。由此可见，错齿是促使步进电机旋转的原因。 三相步进电机结构示意图 例如在三相三拍控制方式中，若A相通电，B、C相都不通电，在磁场作用下使转子齿和A相的定子齿对齐，我们以此作为初始状态。设与A相磁极中心线对齐的转子的齿为0

电机驱动芯片

自动0701 李欢20074998 LMD18200是美国国家半导体公司(NS)推出的专用于直流电动机驱动的H桥组件。同一芯片上集成有CMOS控制电路和DMOS功率器件，利用它可以与主处理器、电机和增量型编码器构成一个完整的运动控制系统。LMD18200广泛应用于打印机、机器人和各种自动化控制领域。 内部机构和引脚说明： 注释：光电编码器是通过读取光电编码盘上的图案或编码信息来表示与光电编码器相连的电机转子的位置信息的，即判断方位。 LMD18200工作原理：

内部集成了四个DMOS管，组成一个标准的H型驱动桥。通过充电泵电路为上桥臂的2个开关管提供栅极控制电压，充电泵电路由一个300kHz左右的工作频率。可在引脚1、11外接电容形成第二个充电泵电路，外接电容越大，向开关管栅极输入的电容充电速度越快，电压上升的时间越短，工作频率可以更高。引脚2、10接直流电机电枢，正转时电流的方向应该从引脚步到引脚10；反转时电流的方向应该从引脚10到引脚2。电流检测输出引脚8可以接一个对地电阻，通过电阻来输出过流情况。内部保护电路设置的过电流阈值为10A，当超过该值时会自动封锁输出，并周期性的自动恢复输出。如果过电流持续时间较长，过热保护将关闭整个输出。过热信号还可通过引脚9输出，当结温达到145度时引脚9有输出信号 LMD18200提供双极性驱动方式和单极性驱动方式。双极性驱动是指在一个PWM周期里，电动机电枢的电压极性呈正负变化。双极性可逆系统虽然有低速运行平稳性的优点，但也存在着电流波动大，功率损耗较大的缺点，尤其是必须增加死区来避免开关管直通的危险，限制了开关频率的提高，因此只用于中小功率直流电动机的控制。本文中将介绍单极性可逆驱动方式。单极性驱动方式是指在一个PWM周期内,电动机电枢只承受单极性的电压。 该应用电路是Motorola 68332CPU与LMD18200接口例子，它们组成了一个单极性驱动直流电机的闭环控制电路。在这个电路中，PWM控制信号是通过引脚5输入的，而转向信号则通过引脚3输入。根据PWM控制信号的占空比来决定直流电机的转速和转向。采用一个增量型光电编码器来反馈电动机的实际位置，输出AB两相，检测电机转速和位置，形成闭环位置反馈，从而达到精确控制电机。

步进电机控制芯片

步进电机控制芯片UDN2916LB原理及应用(图) UDN2916LB是SANKEN公司推出的一款两相步进电机双极驱动集成电路，能够驱动双绕组双极步进电机，特别适用于目前国内税控市场双步进微型打印机电机的控制。 UDN2916LB适用的电机电压范围为10～45V，逻辑电压不能超过7V；通过内部脉宽调制控制器(PWM)可实现最大750mA的输出电流；内置1/3和2/3分割器；逻辑输入实现1相/2相/W1-2phase激励模式；内置过热和交叉电流保护功能；集成钳位二极管；内置防止低压误操作等保护功能。UDN2916LB内部结构如图所 示，芯片有两组电路构成，每组电路由PWM控制器、电桥及辅助电路组成。 图1 UDN2916LB内部结构框图 PWM电流控制电路 每个PWM控制器由一组电桥、一个外部检测电阻(RS)、一个内部比较器和一个多谐振荡器组成，来独立检测和控制输出电流，如图2所示。 图2 PWM电流控制电路 当电桥导通时，电机线圈中电流开始增大，电流通过外部检测电阻产生的检测电压也在增大。当检测电压达到比较器输入端设定电压值时，线圈中电流ITRIP=VREF/10RS，这时比较器触发单稳态关闭电桥的源驱动。内部逻辑和转换开关的延迟(td)典型值为2μs，这种延迟会导致实际负载电流峰值稍高于理论值。当电桥关闭后，电机电流开始衰减，通过地钳位二极管和接收晶体管回流。源驱动关闭时间toff由单稳态的外部RC决定，toff=RTCT，一般RT取值范围在20～100kΩ，CT取值范围在100～1000pf。PWM输出电流波形见图3，负载电流路径见图4。 图3 PWM输出电流波形 图4 负载电流路径

步进电动机控制方法

<<技能大赛自动线的安装与调试>>项目二等奖 心得二 心得二：步进电机的控制方法 我带队参加《2008年全国职业院校技能大赛自动线的安装与调试》项目，我院选手和其他院校的三位选手组成了天津代表队，我院选手所在队获得了《2008年全国职业院校技能大赛自动线的安装与调试》项目二等奖，为天津市代表队争得了荣誉，也为我院争得了荣誉。以下是我这个作为教练参加大赛的心得二：步进电机的控制方法 《2008年全国职业院校技能大赛自动线的安装与调试》项目的主要内容包括如气动控制技术、机械技术（机械传动、机械连接等）、传感器应用技术、PLC控制和组网、步进电机位置控制和变频器技术等。但其中最为重要的就是PLC方面的知识，而PLC中最重要就是组网和步进电机的位置控制。 一、 S7-200 PLC 的脉冲输出功能 1、概述 S7-200 有两个置PTO/PWM 发生器，用以建立高速脉冲串（PTO）或脉宽调节（PWM）信号波形。 当组态一个输出为PTO 操作时，生成一个50%占空比脉冲串用于步进电机或伺服电 机的速度和位置的开环控制。置PTO 功能提供了脉冲串输出，脉冲周期和数量可由用户控制。但应用程序必须通过PLC内置I/O 提供方向和限位控制。 为了简化用户应用程序中位控功能的使用，STEP7--Micro/WIN 提供的位控向导可以帮助您在几分钟内全部完成PWM，PTO 或位控模块的组态。向导可以生成位置指令，用户可以用这些指令在其应用程序中为速度和位置提供动态控制。 2、开环位控用于步进电机或伺服电机的基本信息 借助位控向导组态PTO 输出时，需要用户提供一些基本信息，逐项介绍如下： ⑴最大速度（MAX_SPEED）和启动/停止速度（SS_SPEED） 图1是这2 个概念的示意图。 MAX_SPEED 是允许的操作速度的最大值，它应在电机力矩能力的范围。驱动负载所需的力矩由摩擦力、惯性以及加速/减速时间决定。

L298电机驱动芯片资料

L298 Jenuary 2000DUAL FULL-BRIDGE DRIVER Multiwatt15 ORDERING NUMBERS :L298N (MultiwattVert. L298HN (MultiwattHoriz. L298P (PowerSO20 BLOCK DIAGRAM . OPERATING SUPPLY VOLTAGE UP TO 46V . TOTAL DC CURRENT UP TO 4A . LOW SATURATION VOLTAGE . OVERTEMPERATURE PROTECTION . LOGICAL ”0”INPUT VOLTAGE UP TO 1.5V (HIGHNOISE IMMUNITY DESCRIPTION The L298is an integrated monolithic circuit in a 15-lead Multiwatt and PowerSO20packages. It is a high voltage, high current dual full-bridge driver de-signedto acceptstandardTTL logic levels anddrive inductive loads such as relays, solenoids, DC and steppingmotors. Two enableinputs are provided to enableor disablethe deviceindependentlyof thein-put signals. The emitters of the lower transistors of each bridge are connected togetherand the corre-sponding external terminal can be used for the con-nectionof an externalsensing resistor.Anadditional supply input is provided so that the logic works at a lower voltage. PowerSO20

步进电机驱动芯片类型

随着工业和家电领域、玩具马达及机器人市场的需求持续稳定成长，步进电机驱动控制芯片得到越来越广泛的应用。步进电机驱动芯片是集成有CMOS 控制电路和DMOS 功率器件的芯片，利用它可以与主处理器、电机和增量型编码器构成一个完整的运动控制系统。可以用来驱动直流电机、步进电机和继电器等感性负载。 步进电机驱动分电压型和电流型两种,那它们之间有什么区别呢?如何判断驱动芯片是电压型的还是电流型的? 1、电压型 直流电路采用电容器滤波。在波峰(电压较高)时，由电容器储存电场能，在波谷(电压较低)时，电容器将释放电场能来进行补充，从而使直流电压保持平稳。直流电路是一个电压源，故称为电压型。 2、电流型 直流电路采用电抗器滤波。在波峰(电流较大)时，由电抗器储存磁场能，在波谷(电流较小)时，电抗器将释放磁场能来进行补充，从而使直流电流保持平稳。直流电路是一个电流源，故称为电流型。 步电机系统解决方案

由于负载一般都是感性的，它和电源之间必有无功功率传送，因此在中间的直流环节中，需要有缓冲无功功率的元件。 如果采用大电容器来缓冲无功功率，则构成电压源型变频器;如采用大电抗器来缓冲无功功率，则构成电流源型变频器。 深圳市维科特机电有限公司成立于2005年，是步进电机产品的销售、系统集成和应用方案提供商。我们和全球产品性价比高的生产厂家合作，结合本公司专家团队多年的客户服务经验，给客户提供有市场竞争力的步进电机系统解决方案。我们的主要产品有信浓(SHINANO KENSHI)混合式步进电机、日本脉冲(NPM)永磁式步进电机、减速步进电机、带刹车步进电机、直线步进电机、空心轴步进电机、防水步进电机以及步进驱动器、减振垫、制振环、电机引线、拖链线、齿轮、同步轮、手轮等专业配套产品。我们还供应德国TRINAMIC驱动芯片和日本NPM运动控制芯片。根据客户配套需要，我们还可以提供其他种类及其他品牌微电机产品的配套服务。也提供NPM的线性磁轴电机(直线电机)及技术支持和服务。 步电机系统解决方案

PLC控制步进电机的实例(图与程序)

PLC控制步进电机的实例(图与程序) ·采用绝对位置控制指令(DRVA)，大致阐述FX1S控制步进电机的方法。由于水平有限，本实例采用非专业述语论述，请勿引用。 ·FX系列PLC单元能同时输出两组100KHZ脉冲，是低成本控制伺服与步进电机的较好选择！ ·PLS+，PLS-为步进驱动器的脉冲信号端子，DIR+，DIR-为步进驱动器的方向信号端子。 ·所谓绝对位置控制(DRVA),就是指定要走到距离原点的位置，原点位置数据存放于32位寄存器D8140里。当机械位于我们设定的原点位置时用程序把D8140的值清零，也就确定了原点的位置。 ·实例动作方式：X0闭合动作到A点停止，X1闭合动作到B点停止，接线图与动作位置示例如左图(距离用脉冲数表示)。 ·程序如下图：(此程序只为说明用，实用需改善。) ·说明： ·在原点时将D8140的值清零(本程序中没有做此功能) ·32位寄存器D8140是存放Y0的输出脉冲数，正转时增加，反转时减少。当正转动作到A点时，D8140的值是3000。此时闭合X1，机械反转动作到B点，也就是-3000的位置。D8140的值就是-3000。 ·当机械从A点向B点动作过程中，X1断开(如在C点断开)则D8140的值就是200，此时再闭合X0，机械正转动作到A点停止。 ·当机械停在A点时，再闭合X0，因为机械已经在距离原点3000的位置上，故而机械没有动作！

·把程序中的绝对位置指令(DRVA)换成相对位置指令(DRVI)： ·当机械在B点时(假设此时D8140的值是-3000)闭合X0，则机械正转3000个脉冲停止，也就是停在了原点。D8140的值为0 ·当机械在B点时(假设此时D8140的值是-3000)闭合X1，则机械反转3000个脉冲停止，也就是停在了左边距离B点3000的位置(图中未画出)，D8140的值为-6000。 ·一般两相步进电机驱动器端子示意图： ·FREE+，FREE-：脱机信号，步进电机的没有脉冲信号输入时具有自锁功能，也就是锁住转子不动。而当有脱机信号时解除自锁功能，转子处于自由状态并且不响应步进脉冲。 ·V+，GND：为驱动器直流电源端子，也有交流供电类型。 ·A+，A-，B+，B-分别接步进电机的两相线圈。

三相步进电机原理与控制方法资料(精)

本模块由45BC340C型步进电机及其驱动电路组成。 (一步进电机: 一般电动机都是连续旋转,而步进电动却是一步一步转动的,故叫步进电动机。每输入一个脉冲信号,该电动机就转过一定的角度(有的步进电动机可以直接输出线位移,称为直线电动机。因此步进电动机是一种把脉冲变为角度位移(或直线位移的执行元件。 步进电动机的转子为多极分布,定子上嵌有多相星形连接的控制绕组,由专门电源输入电脉冲信号,每输入一个脉冲信号,步进电动机的转子就前进一步。由于输入的是脉冲信号,输出的角位移是断续的,所以又称为脉冲电动机。 随着数字控制系统的发展,步进电动机的应用将逐渐扩大。 步进电动机的种类很多,按结构可分为反应式和激励式两种;按相数分则可分为单相、两相和多相三种。 图1 反应式步进电动机的结构示意图 图1是反应式步进电动机结构示意图,它的定子具有均匀分布的六个磁极,磁极上绕有绕组。两个相对的磁极组成一组,联法如图所示。

模块中用到的45BC340型步进电机为三相反应式步进电机,下面介绍它单三拍、六拍及双三拍通电方式的基本原理。 1、单三拍通电方式的基本原理 设A相首先通电(B、C两相不通电,产生A-A′轴线方向的磁通,并通过转子形成闭合回路。这时A、A′极就成为电磁铁的N、S极。在磁场的作用下,转子总是力图转到磁阻最小的位置,也就是要转到转子的齿对齐A、A′极的位置(图2a;接着B相通电(A、C 两相不通电,转了便顺时针方向转过30°,它的齿和C、C′极对齐(图2c。不难理解,当脉冲信号一个一个发来时,如果按A→C→B→A→…的顺序通电,则电机转子便逆时针方向转动。这种通电方式称为单三拍方式。 图2 单三拍通电方式时转子的位置 2、六拍通电方式的基本原理 设A相首先通电,转子齿与定子A、A′对齐(图3a。然后在A相继续通电的情况下接通B相。这时定子B、B′极对转子齿2、4产生磁拉力,使转子顺时针方向转动,但是A、A′极继续拉住齿1、3,因此,转子转到两个磁拉力平衡为止。这时转子的位置如图3b所示,即转子从图(a位置顺时针转过了15°。接着A相断电,B相继续通电。这时转子齿2、4和定子B、B′极对齐(图c,转子从图(b的位置又转过了15°。

步进电机细分控制(英文)

1/17 AN1495 APPLICATION NOTE 1INTRODUCTION Microstepping a stepper motor may be used to achieve one or both of two objectives; 1) increase the position resolution or 2) achieve smoother operation of the motor. In either case the basic the-ory of operation is the same. The simplified model of a stepper motor is a permanent magnet rotor and two coils on the stator separated by 90 degrees, as shown in Figure 1. In classical full step operation an equal current is delivered to each of the coils and the rotor will align itself with the resulting magnetic vector along one of the 45 degree axis. To step the motor, the current in one of the two coils is reversed and the rotor will rotate 90 degrees. The complete full step sequence is shown in figure 2. Half step drive,where the current in the coil is turned off for one step period before being turned on in the opposite direction, has been used to double the step resolution of a motor. In either full and half step drive,the motor can be positioned only at one of the 4 (8 for half step) defined positions.[4][5] Therefore,the number of steps per electrical revolution and the number of poles on the motor determine the resolution of the motor. Typical motors are designed for 1.8 degree steps (200 steps per revolution)or 7.5 degree steps (48 steps per revolution). The resolution may be doubled to 0.9 or 3.75 degrees by driving the motor in half step. Further increasing the resolution requires positioning the rotor at positions between the full step and half step positions. Figure 1. Model of stepper motor MICROSTEPPING STEPPER MOTOR DRIVE USING PEAK DETECTING CURRENT CONTROL Stepper motors are very well suited for positioning applications since they can achieve very good positional accuracy without complicated feedback loops associated with servo sys-tems. However their resolution, when driven in the conventional full or half step modes of operation, is limited by the configuration of the motor. Many designers today are seeking alternatives to increase the resolution of the stepper motor drives. This application note will discuss implementation of microstepping drives using peak detecting current control where the sense resistor is connected between the bottom of the bridge and ground. Examples show the implementation of microstepping drives with several currently available chips and chip sets. REV . 2AN1495/0604

步进电机驱动电路设计

https://www.docsj.com/doc/8c5892099.html,/gykz/2010/0310/article_2772.html 引言 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。驱动器接收到一个脉冲信号后，驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。首先，通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；其次，通过控制脉冲顿率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到涮速的目的。目前，步进电机具有惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点，在机电一体化产品中应用广泛，常用作定位控制和定速控制。步进电机驱动电路常用的芯片有l297和l298组合应用、3977、8435等，这些芯片一般单相驱动电流在2 a左右，无法驱动更大功率电机，限制了其应用范围。本文基于东芝公司2008年推出的步进电机驱动芯片tb6560提出了一种步进电机驱动电路的设计方案 1步进电机驱动电路设计 1.1 tb6560简介 tb6560是东芝公司推出的低功耗、高集成两相混合式步进电机驱动芯片。其主要特点有：内部集成双全桥mosfet驱动；最高耐压40 v，单相输出最大电流3.5 a(峰值)；具有整步、1／2、1／8、1／16细分方式；内置温度保护芯片，温度大于150℃时自动断开所有输出；具有过流保护；采用hzip25封装。tb6560步进电机驱动电路主要包括3部分电路：控制信号隔离电路、主电路和自动半流电路。 1.2步进电机控制信号隔离电路 步进电机控制信号隔离电路如图1所示，步进电机控制信号有3个(clk、cw、enable)，分别控制电机的转角和速度、电机正反方向以及使能，均须用光耦隔离后与芯片连接。光耦的作用有两个：首先，防止电机干扰和损坏接口板电路；其次，对控制信号进行整形。对clk、cw信号，要选择中速或高速光耦，保证信号耦合后不会发生滞后和畸变而影响电机驱动，且驱动板能满足更高脉冲频率驱动要求。本设计中选择2片6n137高速光耦隔离clk、cw，其信号传输速率可达到10 mhz，1片tlp521普通光耦隔离enable信号。应用时注意：光耦的同向和反向输出接法；光耦的前向和后向电源应该是单独隔离电源，否则不能起到隔离干扰的作用。

步进电机闭环控制系统

步进电机闭环控制系统

几种典型的步进电机闭环控制系统 哈尔滨工业大学 【摘要】系统阐述了步进电动机闭环控制系统的优点，给出了几种典型的闭环控制系统，并提出了步进电动机高精度定位系统的设计思想。【叙词】步进电机闭环系统／高精度定位 l概述 步进电机是机电一体化产品中的关键元件之一，是一种性能良好的数字化执行元件。它能够将电的脉冲信号转换成相应的角位移，是一种离散型自动化执行元件。随着计算机控制系统的发展，步进电动机广泛应用于同步系统、直线及角位系统、点位系统、连续轨迹控制系统以及其它自动化系统中，是高科技发展的一个重要环节。 2步进电动机闭环系统与开环系统比较[1- 步进电机的主要优点之一是适于开环控制。在开环控制下，步进电动机受具有予定时间间隔的脉冲序列所控制，控制系统中无需反馈传感器和相应的电子线路。这种线路具有简单、费用低的特点，使步进电动机的开环控制系统得以广泛的应用。

c．闭环控制下，效率一转矩曲线提高。 d．采用闭环控制，可得到比开环控制更高的运行速度，更稳定、更光滑的转速。 e.利用闭环控制，步进电动机可自动地、有效地被加速和减速。 f．闭环控制相对开环控制在快速性方面提高的定量评价，可借助比较Ⅳ步内通过某个路径间隔的时间得出： 式中n-步进电动机转换拍数(N>n) g．应用闭环驱动，效率可增到7.8倍，输出功率可增到3.3倍，速度可增到3.6倍。 闭环驱动的步进电机的性能在所有方面均优于开环驱动的步进电动机。步进电机闭环驱动具有步进电动机开环驱动和直流无刷伺服电机的优点。因此，在可靠性要求很高的位置控制系统中，闭环控制的步进电动机将获得广泛应用。3编码器形式的步进电动机阕环控制系统步进电机的闭环控制最早是采用编码器的形式，图1是其原理示意图。初始状态，系统受一相或几相激磁而静止。开始工作后，先把目标位置送入减法计数器；然后，“起动”脉冲信号加到

西门子200系列PLC直流步进电机控制方法

直流步进电机plc控制方法 系统功能概述： 本系统采用PLC通过步进电机驱动模块控制步进电机运动。当按下归零按键时，电机1和电机2回到零点（零点由传感器指示）。当按下第一个电机运行按键时，第一个电机开始运行，直到运行完固定步数或到遇到零点停止。当按下第二个电机运行按键时，第二个电机开始运行，运行完固定步数或遇到零点停止。两电机均设置为按一次按键后方向反向。电机运行时有升降速过程。 PLC输入点I0.0为归零按键，I0.1为第一个电机运行按键，I0.2为第二个电机运行按键，I0.3为第一个电机传感器信号反馈按键，I0.4为第二个电机传感器信号反馈按键。 PLC输出点Q0.0为第一个电机脉冲输出点，Q0.1为第二个电机脉冲输出点，Q0.2为第一个电机方向控制点，Q0.3为第二个电机方向控制点，Q0.4为电机使能控制点。 所用器材： PLC：西门子S7-224xpcn及USB下载电缆。编程及仿真用软件为V4.0 STEP 7 MicroWIN SP3。 直流步进电机2个，微步电机驱动模块2个。按键3个。24V开关电源一个。导线若干。 各模块连接方法： PLC与步进电机驱动模块的连接：

驱动模块中EN+、DIR+、CP+口均先接3k电阻，然后接24V 电源。 第一个驱动模块CP-接PLC的Q0.0，DIR-接PLC的Q0.2，EN-接PLC的Q0.4 第二个驱动模块CP-接PLC的Q0.1，DIR-接PLC的Q0.3，EN-接PLC的Q0.4 注意： 1、PLC输出时电压为24V，故和驱动器模块连接时，接了3k 电阻限流。 2、由于PLC处于PTO模式下只有在输出电流大于140mA时，才能正确的输出脉冲，故在输出端和地间接了200欧/2w下拉电阻，来产生此电流。（实验室用的电阻功率不足，用200欧电阻时功率至少在24*24/200=2.88w，即用3w的电阻） 3、PLC与驱动模块连接时，当PLC输出低电平时不能将驱动模块电平拉低，故在EN-和DIR-上接了200欧/2W下拉电阻 驱动模块与电机接法： 驱动模块的输出端分别与电机4根线连接 电机传感器与PLC连接： 传感器电源接24v，信号线经过240欧电阻（试验中两个470电阻并联得到）与24v电源上拉后，信号线接到PLC的I0.3和I0.4

19 IR_IRMCK F171-灵活易用的电机控制芯片

IRMCK/F171-灵活易用的电机控制芯片 IRMCK/F171 灵活易用的电机控制芯片
国际整流器公司 2012-1-11

内容
? 概述 概 ? 传统方案存在的问题 ? IR的解决方案：简单易用的电机控制 芯片IRMCF171 ? 方案辅助工具和测试结果 ? 结论

概述
? 全球能源短缺导致越来越严格的政府节能规章出 台 ? 在中国 能效标签制度的实施以及能效标准的不 在中国，能效标签制度的实施以及能效标准的不 断提高使很多电器转向变频控制 ? 变频空调已经完全确立了市场的主导地位 ? 家电的变频化趋势也越来越明确，电机调速市场 竞争将更加激烈，产品更新的周期越来越短。随 之而来的新产品研发风险也越来越大 之而来的新产品研发 险也越来越大 ? 节能热点:
– – – – 高效率永磁电机 无位置传感正弦波控制 宽的调速范围 低的振动和噪声

传统方案存在的问题
? ? ? ? 大容量存储单元的高速DSP或32位单片机 软件算法复杂,控制器计算任务繁重 软件算法复杂 控制器计算任务繁重 对于传统的软件编程控制方案,完成电机控制算法已经很复杂, 对于系统设计人员的要求很高
1. 2. 3. 熟悉实时的FOC控制算法,熟悉相关的外设; 熟悉DSP或32位RISC的C或汇编语言编程; 熟悉各种数模混合电路,高压电路和功率开关电路.
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开发周期长,开发成本和开发风险都很高
后续的软件维护成本高

电机控制系统框图
IR电机控制IC-IRMCF171

步进电机驱动芯片THB6064

THB6064H大功率、高细分两相混合式 步进电机芯片式驱动器

一． 特性： ● 双全桥MOSFET驱动，低导通电阻导通Ron = 0.4 Ω (上桥+下桥) ,大电流4.5V（峰值） ● 高耐压50V DC ● 多细分可选(1/2,1/8,1/10, 1/16, 1/20, 1/32, 1/40, 1/64） ● 自动半流锁定 ● 衰减方式连续可调 ● 内置温度保护及过流保护 重量：9.86 g (typ.) 二． 框图

三． 管脚说明：

管脚 编号 输入/ 输出 符号 功 能 描 述 1 输出 ALERT 温度波爱护及过流保护输出端（常态为1，过流保护时为0） 2 —— SGND 信号地外部与电源地相连 3 —— OSC1B B相斩波频率控制端 4 输入 PFD 衰减方式控制端 5 输入 V ref 电流设定端（0——3V） 6 输入 VMB 电机驱动电源 B相电源 与A相电源相连 7 输入 M1 细分数选择端（详见附表） 8 输入 M2 细分数选择端（详见附表） 9 输入 M3 细分数选择端（详见附表） 10 输出 OUT2B B相功率桥输出端2 11 —— NFB B相电流检测端 应连接大功率检测电阻，典型值0.15Ω 12 输出 OUT1B B相功率桥输出端1 13 —— PGNDB B相驱动电源地与A相电源地及信号地相连 14 输出 OUT2A A相功率桥输出端2 15 —— NFA A相电流检测端 应连接大功率检测电阻，典型值0.15Ω 16 输出 OUT1A A相功率桥输出端1 17 —— PGNDA A相驱动电源地与B相电源地及信号地相连 18 输入 ENABLE 使能端ENABLE=0所有输出为0，ENABLE=1正常工作 19 输入 RESET 上电复位端 20 输入 VMA 电机驱动电源A相电源 与B相电源相连 21 输入 CLK 脉冲输入端 22 输入 CW/CCW 电机正反转控制端 23 —— OSC1A A相斩波频率控制端 24 输入 V DD 5V电源 芯片工作电源要求稳定 25 输出 Down 半流锁定控制端 四． 电气参数： 最高额定值Absolute Maximum Ratings(Ta =25℃)

步进电机驱动方式(细分)概述

步进电机驱动方式（细分）概述 众所周知，步进电机的驱动方式有整步，半步，细分驱动。三者即有区别又有联系，目前，市面上很多驱动器支持细分驱动方式。本文主要描述这三种驱动的概述。 如下图是两相步进电机的内部定子示意图，为了使电机的转子能够连续、平稳地转动，定子必须产生一个连续、平均的磁场。因为从宏观上看，电机转子始终跟随电机定子合成的磁场方向。如果定子合成的磁场变化太快，转子跟随不上，这时步进电机就出现失步现象。 既然电机转子是跟随电机定子磁场转动，而电机定子磁场的强度和方向是由定子合成电流决定且成正比。即只要控制电机的定子电流，则可以达到驱动电机的目的。下图是两相步进电机的电流合成示意图。其中Ia是由A-A`相产生，Ib是由B-B`相产生，它们两个合成后产生的电流I就是电机定子的合成电流，它可以代表电机定子产生磁场的大小和方向。 有了以上的步进电机背景描述后，对于步进电机的整步、半步、细分的三种驱动方式，都会是同一种方法，只是电流把一个圆(360°)分割的粗细程序不同。 整步驱动 对于整步驱动方式，电机是走一个整步，如对于一个步进角是3.6°的步进电机，整步驱动是每走一步是走3.6°。

下图是整步驱动方式中，电机定子的电流次序示意图： 由上图可知，整步驱动每一时刻只有一个相通电，所以这种驱动方式的驱动电路可以是很简单，程序代码也是相对容易实现，且由上图可以得到电机整步驱动相序如下： BB’→A’A→B’B→A A’→B B’ 下图是这种驱动方式的电流矢量分割图： 可见，整步驱动方式的电流矢量把一个圆平均分割成四份。 下图是整步驱动方式的A、B相的电流I vs T图： 可以看出，整步驱动描出的正弦波是粗糙的。使用这种方式驱动步进电机，低速时电机会抖动，噪声会比较大。但是，这种驱动方式无论在硬件或软件上都是相对简单，从而驱

A3977步进电机驱动芯片中文说明

1 引言 随着微步进电机应用的日益广泛，其驱动电路的发展也相当迅速，各类控制芯片的功能越来越丰富，操作也越来越简便。A3977是一种新近开发出来、专门用于双极型步进电机的微步进电机驱动集成电路，其内部集成了步进和直接译码接口、正反转控制电路、双H桥驱动，电流输出2．5A，最大输出功率可接近90W。它主要的设计功能包括：自动混合模式电流衰减控制，PWM电流控制，同步整流，低输出阻抗的DMOS电源输出，全、半、1／4及1／8步进操作，HOME输出，休眠模式以及易实现的步进和方向接口等。其应用电路结构简单、使用及控制方便，有着极其广泛的应用价值。 2 A3977工作特点 大多数微步进电机驱动器都需要一些额外的控制线，通过D／A转换器为PWM电流调节器设置参考值以及通过相输入完成电流极性控制等。许多改进型驱动器仍然需要一些输入来调整PWM电流控制模式使其工作在慢、快或混合衰减模式。这就需要系统的微处理器额外负担8～12个需依靠D／A变换处理的输入端。如果一个系统需要如此多的控制输入，而且其微处理器还要存储实现其控制的时序表，这就增加了系统的成本和复杂程度。 A3977可以通过其特有的译码器来使这些功能实现简单化，如图1所示，其最简单的步进输入只需“STEP”（步进）和“DIR”（方向）2条输入线，输出由DMOS的双H桥完成。通过“STEP”脚简单的输入1个脉冲就可以使电机完成1次步进，省去了相序表，高频控制线及复杂的编程接口。这使其更适于应用在没有复杂的微处理器或微处理器负担过重的场合。同时A3977的内部电路可以自动地控制其PWM操作工作在快、慢及混合衰减模式。这不但降低了电机工作时产生的噪声，也同时省去了一些额外的控制线。 另外，其内部低输出阻抗的N沟道功率DMOS输出结构，可以使其输出达到2．5A，35V。这一结构的另一优点是，使它能完成同步整流功能。由于有同步整流流功能，既降低了系统的功耗，又可以在应用时省 去外加的肖特基二极管。 A3977的休眠功能可以使系统不工作时的功耗达到最低。休眠时芯片的大部分内部电路，如输出DMOS、比较器及电荷泵等都将停止工作。从而在休眠模式时，包括电机驱动电流在内的总电流消耗在40μA以内。 此外，内部保护电路还有利用磁滞实现的热停车、低压关断及换流保护等功能。 集成电路的主要特点：

浅谈步进电机定位不准问题

浅谈步进电机定位不准问题 关键字：步进电机 导读：由于开环控制系统具有操作方便，价格低廉的优点，所以我国所采用基本是以开环控制反应式步进电机为主。虽然步进电机应用广泛，但其并不能如同普通的交直流电机在常规条件下使用，且从起点到终点的运行速度必须符合一定的要求，因此也经常会出现一些定位不准的故降。 由于开环控制系统具有操作方便，价格低廉的优点，所以我国所采用基本是以开环控制反应式步进电机为主。虽然步进电机应用广泛，但其并不能如同普通的交直流电机在常规条件下使用，且从起点到终点的运行速度必须符合一定的要求，因此也经常会出现一些定位不准的故降。 理论状况下：在电机的极限起动频率大于运行的速度时，电机可按要求运行，并可达到预期的运行速度。运行至行程结束时，也能立即发出可以实现停止功能的脉冲，并使电机停止运行。但实际情况是，步进电机能实现的极限起动预率较低，远不能满足较高的运行速度的要求。 在这种工作状况下，强行使电机以要求的速度(大于极限起动预率)直接起动，则会发生“丢步’或无响应。而当电机运行至终点时，虽然已经立即停止发脉冲.令其停止，但由于惯性作用，会发生冲过终点的现象，即产生过冲。 特别需要注意的是：为了既要保证系统的定位精度(电机的升降速缓慢.防止产生“失步”或“过冲”)又要获得高的定位速度，主流系统都将定位过程划分为粗定位阶段和精定位阶段进行。生产实践的经验告诉我们，“丢步”和“过冲”是步进电机在运行中最常出现的两种严重影响步进电机定位精度的“罪魁”。 出现定位不准的主要原因包括: 1、要求起动初速度过高，超过电机极限起动频率，或者加速度太大，造成“丢步; 2、电机马达的功率达不到系统的要求; 3、动器工作过程遭受千扰; 4、控制系统的控制器产生误动作; 5、换向时丢脉冲，单向运行定位准确，换向后定位出现偏差，并虽换向次数的增加其偏差积就越明显; 6、软件存在设计缺陷; 7、使用同步带的场合，软件补偿太多或太少。

步进电机控制速度的方法

步进电机只能够由数字信号控制运行的，当脉冲提供给驱动器时，在过于短的时间里，控制系统发出的脉冲数太多，也就是脉冲频率过高，将导致步进电机堵转。要解决这个问题，必须采用加减速的办法。就是说，在步进电机起步时，要给逐渐升高的脉冲频率，减速时的脉冲频率需要逐渐减低。这就是我们常说的“加减速”方法。 步进电机转速度是根据输入的脉冲信号的变化来改变的，从理论上讲，给驱动器一个脉冲，步进电机就旋转一个步距角(细分时为一个细分步距角)。实际上，如果脉冲信号变化太快，步进电机由于内部的反向电动势的阻尼作用，转子与定子之间的磁反应将跟随不上电信号的变化，将导致堵转和丢步。 所以步进电机在高速启动时，需要采用脉冲频率升速的方法，在停止时也要有降速过程，以保证实现步进电机精密定位控制。加速和减速的原理是一样的。以加速实例加以说明：加速过程是由基础频率(低于步进电机的直接起动最高频率)与跳变频率(逐渐加快的频率)组成加速曲线(降速过程反之)。跳变频率是指步进电机在基础频率上逐渐提高的频率，此频率不能太大，否则会产生堵转和丢步。 步电机系统解决方案

加减速曲线一般为指数曲线或经过修调的指数曲线，当然也可采用直线或正弦曲线等。使用单片机或者PLC，都能够实现加减速控制。对于不同负载、不同转速，需要选择合适的基础频率与跳变频率，才能够达到最佳控制效果。指数曲线，在软件编程中，先算好时间常数存贮在计算机存贮器内，工作时指向选取。通常，完成步进电机的加减速时间为300ms以上。如果使用过于短的加减速时间，对绝大多数步进电机来说，就会难以实现步进电机的高速旋转。 深圳市维科特机电有限公司成立于2005年，是步进电机产品的销售、系统集成和应用方案提供商。我们和全球产品性价比高的生产厂家合作，结合本公司专家团队多年的客户服务经验，给客户提供有市场竞争力的步进电机系统解决方案。我们的主要产品有信浓(SHINANO KENSHI)混合式步进电机、日本脉冲(NPM)永磁式步进电机、减速步进电机、带刹车步进电机、直线步进电机、空心轴步进电机、防水步进电机以及步进驱动器、减振垫、制振环、电机引线、拖链线、齿轮、同步轮、手轮等专业配套产品。我们还供应德国TRINAMIC驱动芯片和日本NPM运动控制芯片。根据客户配套需要，我们还可以 步电机系统解决方案

电机驱动IC UCC3626手册

UCC2626UCC3626 PRELIMINARY FEATURES ?Two Quadrant and Four Quadrant Operation ?Integrated Absolute Value Current Amplifier ?Pulse-by-Pulse and Average Current Sensing ?Accurate, Variable Duty Cycle Tachometer Output ?Trimmed Precision Reference ?Precision Oscillator ?Direction Output Brushless DC Motor Controller BLOCK DIAGRAM DESCRIPTION The UCC3626motor controller IC combines many of the functions re-quired to design a high performance,two or four quadrant,3-phase,brushless DC motor controller into one package.Rotor position inputs are decoded to provide six outputs that control an external power stage.A precision triangle oscillator and latched comparator provide PWM mo-tor control in either voltage or current mode configurations.The oscilla-tor is easily synchronized to an external master clock source via the SYNCH input.Additionally,a QUAD select input configures the chip to modulate either the low side switches only,or both upper and lower switches,allowing the user to minimize switching losses in less de-manding two quadrant applications. The chip includes a differential current sense amplifier and absolute value circuit which provide an accurate reconstruction of motor current,useful for pulse by pulse over current protection as well as closing a current control loop.A precision tachometer is also provided for imple-menting closed loop speed control.The TACH_OUT signal is a variable duty cycle,frequency output which can be used directly for digital con-trol or filtered to provide an analog feedback signal.Other features in-clude COAST,BRAKE,and DIR_IN commands along with a direction output, DIR_OUT.