1、前语
步进电机作为履行元件，是机电一体化的要害产品之一，广泛运用在各种自动化操控体系中。跟着微电子和计算机技能的开展，步进电机的需求量日积月累，在各个国民经济领域都有运用。与沟通伺服电机及直流伺服电机比较，其杰出长处便是价格低廉，并且无堆集差错。可是，步进电机运转存在许多不足之处，如低频振动、噪声大、分辨率不高级，又严峻限制了步进电机的运用规模。相关于其他的驱动办法，细分驱动办法不只能够减小步进电机的步距角，进步分辨率，并且能够削减或消除低频振动，使电机运转愈加平稳均匀。
现在比较常用的步进电机包含反应式步进电机(vr)、永磁式步进电机(pm)、混合式步进电机(hb)和单相式步进电机等。因为三相混合式步进电机比二相步进电机有更好的低速平稳性及输出力矩，所以三相混合式步进电机比二相步进电机有更好运用远景。
2、细分原理
步进电机的细分操控从本质上讲是经过对步进电机的定子绕组中电流的操控，使步进电机内部的组成磁场按某种要求改动，然后完结步进电机步距角的细分。一般情况下，组成磁场矢量的幅值决议了电机旋转力矩的巨细，相邻两组成磁场矢量的之间的夹角巨细决议了步距角的巨细。在电机内发生挨近均匀的圆形旋转磁场，各相绕组的组成磁场矢量，这就需要在各相绕相中通以正弦电流。
混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的长处。三相混合式步进电机的作业原理非常类似于沟通永磁同步伺服电机。其转子上所用永磁磁铁相同是具有高磁密特性的稀土永磁资料，所以在转子上发生的感应电流对转子磁场的影响可忽略不计。在结构上，它相当于一种多极对数的沟通永磁同步电机。因为输入是三相正弦电流，因而发生的空间磁场呈圆形散布，并且能够用永磁式同步电机的结构模型(图1)剖析三相混合式步进电机的转矩特性。
a.电机定子三相绕组彻底对称;
b.磁饱满、涡流及铁心损耗忽略不计;
c.激磁电流无动态呼应进程;
图1 三相永磁同步电机的简略结构模型
U、V、W 为定子上的3 个线圈绕组，3 个线圈绕组的轴线成 120°。电机单相绕组通电的时分，稳态转矩能够表达为：T=f(i,theta) 。其间，i 为绕组中经过的电流;theta为电机转子违背参阅点的视点。
即：T=k *I*sin(theta)，k 为转矩常数
若抱负的电流源以恒幅值为I，即：
iU=I*sin(wt)
iV=I*sin(wt+2*PI/3)
iW =I*sin(wt+4*PI/3)
则电机各相电流发生的稳态转矩为：
TU=k*I*sin(wt)*sin(theta)
TV=k*I*sin(wt+2*PI/3)*sin(theta+2*PI/3)
TW=k*I*sin(wt+4*PI/3)*sin(theta+4*PI/3)
稳态运转时，theta=wt，则三相绕组发生的组成转矩为：
T=TU+TV+TW=3/2*k*I*sin(PI/2-wt+theta)=3/2*k*I
以上剖析标明，关于三相永磁同步电机，当三相绕组输入相差 120°的正弦电流时，因为在内部发生圆形旋转磁场，电机的输出转矩为恒值。因而，将沟通伺服操控原理运用到三相混合式步进电机驱动体系中，输入的220V 沟通，经整流后变为直流，再经脉宽调制技能变为三路阶梯式正弦波形电流，它们按固定时序别离流过三路绕组，经过改动驱动器输出正弦电流的频率来改动电机转速，输出的阶梯数确认了每步转过的视点，当视点越小的时分，其阶梯数就越多。当然，步进电机滚动时，电机各相绕组的电感将构成一个反向电动势，频率越高，反向电动势越大。在它的效果下，电机随频率(或速度)的增大而相电流减小，然后导致力矩下降。
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图2 给出相差120°的三相阶梯式正弦电流
三相混合式步进电机一般把三相绕组衔接成星形或许三角形，依照电路根本定理，三相电流之和为零。即IU+IV+IW =0 。所以一般只需发生两相绕组的给定信号，第三相绕组的给定信号可由其它两相求得。相同，只需要对相应两相绕组的实践电流进行采样，第三相绕组的实践电流可依据式求得。
3、三相混合式步进电机驱动器的体系构成
图3 驱动器的全体框图
3.1 DSP模块规划
在这里，咱们挑选了TI公司的DSP作为CPU芯片，DSP(Digital Signal Processor)是一种经过运用数学技巧履行转化或提取信息，来处理实践信号的办法，这些信号由数字序列表明。本文选用的DSP(TMS320LF2407A)是一款电机操控专用芯片，144引脚，具有丰厚的IO资源，含有四个通用定时器，具有两路专用于操控三相电机的PWM发生器，别的还有专用接纳外部脉冲和方向的I/O口。
DSP输入信号包含步进脉冲信号CP、方向操控信号、脱机信号，过流维护信号。这几种信号均经过高速光耦衔接到DSP的引脚上，别的还有细分步数及电流挑选信号。当脱机信号为有用时，驱动器输出到电机的电流被堵截，电机转子处于自在状况(脱机状况)。反应电流经过DSP自带的的10 位模数转化器(AD)采样，反应的电流经过必定的算法后，由DSP自带的PWM口输出操控电机。
3.2 电流追寻型回路
这种传输办法以模仿电压的幅值代表采样电流或许电压的巨细，其主要用来采样a，b两相电流及母线电压检测，完结电机电流操控以及过压、欠压、过流维护。驱动器经过采样电阻检测步进电机绕组的实践电流，与设定电流比较较后经过滞环比较器调节器，调节器输出信号由20KHz 频率的三角波载波输出，构成脉宽调制信号(PWM)，经过功率驱动接口电路来操控大功率半导体器材的导通与关断，使步进电机的绕组实践电流盯梢给定参阅信号，按给定的正弦规则改动。
3.3 功率驱动电路
整流滤波电路构成直流电压源，完结220V、50Hz 沟通电源到直流电源的改换。逆变器完结从直流电到变频变压沟通电的转化，为三相混合式步进电机的定子绕组供给要求的沟通电流。逆变器由六只G30N60B3DMOS管组成，构成三相逆变桥。
功率驱动电路的中心是功率模块(MOS管)。MOS管与电流追寻型PWM 输出之间有必要经过专用高速光耦衔接。依据MOS管的过流值和电机峰值线电流来选用适宜的MOS管。本规划中电机最大相电流为8.1A，该电流是相电流的有用值，峰值相电流为8.1* sqrt(2) = 11.312A 。此外，电机绕组在三角形接法时，线电流是相电流的3 倍，所以线电流峰值为19.6A。由G30N60B3D%&&&&&%文档知，其最大流值为30A，可是正常作业要求恰当的散热规划确保内部结温永久小于150摄氏度，因而要外加散热器并强制风冷，以确保MOS管正常作业。
3.4 并口通讯
为了防止在操控进程中停电或许其它特别原因掉电时形成丢失，运用带电RAM存储电机方位，确保来电后工件可持续完结加工。并口RAM比传统运用的E2ROM速度传输更快更牢靠，可更有用的记载电机运转状况。
3.5 操控软件流程
图4 主程序流程图
图5 中止部分的流程图
4、 定论
试验证明了文中说到的驱动办法有着很强的习惯性，能够习惯大多数的三相混合式不进机。特别对三相绕组星形接法，低频时运转平稳，无振动，有用地按捺了振动、噪声。并且在驱动里里边还规划有多种维护驱动的电路，让整个驱动在安全的环境下作业，这样能够使驱动的功用发挥到极限，牢靠性有了很大的进步。
