步進(jìn)電機(jī)數(shù)控解決方案
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閉環(huán)控制電路將電流施加到繞組。反電動(dòng)勢(shì)(BEMF)會(huì)降低繞組電壓，延長(zhǎng)電流達(dá)到理想值的時(shí)間，因此，反電動(dòng)勢(shì)限制電機(jī)轉(zhuǎn)速。雖然系統(tǒng)無(wú)需知道反電動(dòng)勢(shì)值，但是，不重視且不修正這個(gè)數(shù)值將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)性能降低。
因?yàn)殡娫措妷鹤兓瘜?dǎo)致峰值電流有時(shí)波動(dòng)幅度很大，所以，直到現(xiàn)在，工程師還是盡量避免使用電壓式控制方法。工程師們還想避免反電動(dòng)勢(shì)隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速增加而升高的問(wèn)題。
在這種情況下，業(yè)內(nèi)出現(xiàn)了能夠補(bǔ)償反電動(dòng)勢(shì)的智能電壓式控制系統(tǒng)。這種驅(qū)動(dòng)方法使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)更順暢，微步分辨率更高，是對(duì)高精度定位和低機(jī)械噪聲要求嚴(yán)格的應(yīng)用的理想選擇。電壓式控制是一種開(kāi)環(huán)控制：當(dāng)正弦電壓施加到電機(jī)相位時(shí)，機(jī)電系統(tǒng)將回饋正弦電流。
我們可以用數(shù)字方法補(bǔ)償反電動(dòng)勢(shì)和峰流變化。在記住電機(jī)的準(zhǔn)確特性（電機(jī)電感-轉(zhuǎn)速曲線、反電動(dòng)勢(shì)-轉(zhuǎn)速曲線、電機(jī)電阻）后，計(jì)算并施加電壓，以取得理想的電流值。
電壓式控制方法是向電機(jī)施加電壓，而不是恒流。施加的電壓值能夠補(bǔ)償并完全消除反電動(dòng)勢(shì)效應(yīng)，施加電壓的上升速率與因電機(jī)轉(zhuǎn)速增加而導(dǎo)致反電動(dòng)勢(shì)上升的速率相同，保證電流幅度對(duì)轉(zhuǎn)速曲線平坦。在已知所需電流后，就可以確定取得該電流需要施加的準(zhǔn)確電壓值。因此，電流是由電壓間接控制，如圖1所示。
圖1：反電動(dòng)勢(shì)(BEMF)補(bǔ)償
電壓式控制還節(jié)省了分流電阻，可取得高微步分辨率和極低的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。事實(shí)上，意法半導(dǎo)體的L6470取得了多達(dá)128步的微步控制。
這款數(shù)字電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器的核心是一個(gè)能夠降低微控制器資源占用率的數(shù)字運(yùn)動(dòng)引擎(DME)。
數(shù)字運(yùn)動(dòng)控制引擎是由行為命令控制，例如，絕對(duì)位置請(qǐng)求，并按照預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速曲線邊界驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)。全部指令集包括相對(duì)位置和絕對(duì)位置(達(dá)到目標(biāo)位置)、轉(zhuǎn)速跟蹤(達(dá)到并保持目標(biāo)轉(zhuǎn)速)和電機(jī)停止順序，還包括機(jī)械位置傳感器管理專用命令。圖2所示是前述部分命令。
圖2：行為命令
該控制器通過(guò)具有菊花鏈功能的高速SPI總線接口與主微控制器通信。
通過(guò)一個(gè)串行接口，一個(gè)微控制器能夠管理多個(gè)控制器，從而控制多臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，如圖3所示。
圖3：SPI接口菊花鏈拓?fù)?/strong>
除反電動(dòng)勢(shì)外，其它需要補(bǔ)償?shù)膮?shù)
除反電動(dòng)勢(shì)外，其它需要補(bǔ)償?shù)膮?shù)包括相電流、相電阻和電源電壓。
隨著電機(jī)變熱，相電阻將會(huì)發(fā)生變化，從而直接影響相電流。KTHERM設(shè)置用于補(bǔ)償這個(gè)無(wú)用行為的影響。微控制器軟件可監(jiān)視電機(jī)溫度上升，計(jì)算KTHERM值，如圖4所示。
圖4：相電阻變化補(bǔ)償
當(dāng)使用非穩(wěn)壓電源時(shí)，在電源電壓與電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路之間有大量的紋波電壓，當(dāng)電源電壓變化時(shí)，電機(jī)電流也隨之變化。如果電源紋波電壓過(guò)大，當(dāng)電機(jī)電流降得太低時(shí)，電機(jī)有可能會(huì)失速，因此，需要補(bǔ)償電源電壓變化的影響，如下圖所示。以L6470為例，芯片內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換器負(fù)責(zé)測(cè)量電源電壓，數(shù)字內(nèi)核算法負(fù)責(zé)算出適合的補(bǔ)償系數(shù)，并將其應(yīng)用到PWM占空比，使輸出電壓在電源電壓變化期間保持恒定，如圖5所示。
圖5：電源電壓補(bǔ)償
意法半導(dǎo)體的電流式控制驅(qū)動(dòng)器采用同一個(gè)數(shù)字運(yùn)動(dòng)引擎(DME)方法，為設(shè)計(jì)人員提供一個(gè)完整的數(shù)字運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品組合。
意法半導(dǎo)體的L6470和L6472都是采用這些創(chuàng)新技術(shù)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，只不過(guò)L6470是一款電壓式控制驅(qū)動(dòng)器，而L6472則是一款電流控制式解決方案。
L6470可取得最高128步的控制精度。
圖6：L6470框圖
圖7：L6482框圖
L6480和 L6482分別是獨(dú)立的電壓式和電流式控制器，片上沒(méi)有集成功率級(jí)，配合外接MOSFET或IGBT，可以驅(qū)動(dòng)電流更大的電機(jī)，而且這種方法還能取得出色的耗散功率。
此外，意法半導(dǎo)體還推出了新產(chǎn)品PowerSTEP01的樣片，該產(chǎn)品采用系統(tǒng)封裝，集成數(shù)字運(yùn)動(dòng)控制器(DME)和8個(gè)分立功率MOSFET管。
評(píng)論