[发明专利]步进电机驱动方法和系统

说明书

本发明涉及到自动控制技术领域，具体涉及一种步进电机驱动方法和系统。电机驱动系统包括脉冲分配器、PWM发生器以及逻辑运算器。其中方法包括：所述脉冲分配器依据所接收的脉冲信号和方向信号，产生步进电机的驱动序列；所述逻辑选择单元将所述脉冲分配器产生的高电平驱动序列转换为两个相等时段，其中，将所述脉冲分配器产生的驱动序列作为第一时段的输出信号，将PWM发生器发送的固定占空比的驱动序列作为第二时段的输出信号；所述逻辑选择单元将所述脉冲分配器产生的低电平驱动序列直接作为输出信号。电机驱动系统的结构简单、运算过程简便、制造成本低，利用固定占空比PWM信号对电机进行恒流驱动。

1技术领域

本发明涉及到自动控制技术领域，具体涉及一种步进电机驱动方法和系统。

2背景技术

步进电动机是一种将电脉冲信号转化为相应角位移的执行机构，其控制精度高，控制方式灵活方便，已广泛应用在航天、航空、电子等领域。在非超载的情况下，电机的转速、停止位置只取决于脉冲信号的频率和个数，而不受负载变化的影响。通过控制脉冲个数和脉冲频率分别实现电机的定位和调速。

步进电机转动时，当流经电机线圈的电流超过额定电流时，电机会产生很高的温升，有可能会烧毁电机；大电流易产生较大的电流畸变，导致电机转矩脉动、噪声加大，低速转动时易产生振动失步及停止时的过冲现象，最终导致电机运行稳定性和定位精度受到影响，故必须对电机电流进行控制。

传统电机恒流驱动技术一般采用电流闭环方式实现，即将相电流大小作为控制量，其给定值与反馈值实时比较，其差值经PID解算器或迟滞比较器，实时调整PWM占空比，达到调节电流目的。

图1所示为传统步进电机恒流驱动功能框图，其功能单元包括：控制单元1、驱动电路2、功率电路3、电流传感器4、保护电路5。

所述控制单元设于电路板上，用于实现步进电机恒流驱动控制功能，包括脉冲分配器7、PWM发生器8、A/D转换9、PID解算器或迟滞比较器10以及逻辑运算器11组成。

所述脉冲分配器依据脉冲信号和方向信号，产生步进电机开环控制逻辑，其输出端与逻辑运算器相连。

所述A/D转换用于采样电机绕组电流I_f，给定电流I₀与电机绕组电流I_f做差后，输入PID解算器。

所述PID解算器或迟滞比较器根据输入电流差值，实时解算PWM占空比，其输出端与逻辑运算器相连。

所述逻辑运算器结合脉冲分配器输出逻辑和PWM发生器发出的PWM信号，产生电机恒流驱动逻辑，其输出端与驱动电路相连。

所述驱动电路，输入端为控制单元，输出端为功率电路，用于控制功率管的通断。

所述功率电路，输入端为驱动电路，输出端为电机绕组，依据驱动逻辑实现对电机绕组电流的受控供电。

所述电流传感器，输入端为电机绕组，输出端为保护电路和控制单元，用于将电机绕组电流转换为电压信号。

所述保护电路，输入端为电流传感器，输出端为驱动电路，用于实现电机电流过流保护，当电机绕组电流超出限值则断开功率管。

图2所示为传统步进电机恒流驱动原理图，施加电压在线圈绕组上，每拍控制中，若电机绕组电流I_f超过给定电流值I₀，则通过减小PWM占比或关断所加的电压U，使电流减少；若电机绕组电流I_f低于所设定的电流I₀，则通过增大PWM占空比或打开所加的电压U，使电流增加至所设定的电流值I₀，如此反复，使电机绕组电流恒定。

传统步进电机恒流驱动的缺点在于：

1、大多采用模拟或数字电路实现，需要使用A/D转换芯片采集电机绕组电流，硬件电路结构复杂；