侠1厅天二忆台台刊第20卷(1997)CSAOP:,bl;eat旧ns1997年6月步进电机步距角的正余弦细分原理‘张竹恒周尊源孙淑琴(中国科学院陕西天文台,陕西省临渡,710600)(中国科学院南京天文仪器研制中心,江苏省南京市,21。。42)关键词步距角正余弦细分分类号TP273摘要步进电护的步距角由于受到机械结构和经典细分驱动电路的限制,只能适量的减小,但对于许多精密设备的控制及高精度的定位系统,其步距角的分辨率还应提高,正余弦细分驱动电路很好地解决了这一问题。它的主要特点是和计算、机或单片机的接口简单转速连续可调;增减EPROM的地址线可灵活改变细分数;电机运行平稳、振动小、噪声低。1引言。步进电机是一种用电脉冲信号来控制的电磁机械装置当外加一个脉冲信号于步进电机时,其转轴就转过一个角度,所转动的角度称为步距角。每个单步运行引起的步啊应振幅跟单步的增量直接有关,普通的驱动方式因步距大引起的振幅也大,在系统自然谐振区。内,有可能造成失步将步进电机的一个自然步细分,得到“微步距”,可明显地提高步进电机的分辨率,而微步距电机步增量小、电机运行平稳、振动减小、噪声降低,即使在谐振区内也不容易引起失步.为提高数控设备的控制精度及定位精度,应减小步进电机的脉冲当量,实现的途径有:(l)减小步进电机的步距角;(2)加大步进电机到传动系统的机械传速。比;(3)将步进电机的步距角进行电细分。前两个途径受机械结构及制造工艺限制实现困难,尤其对既定系统来说只有将步距角进行足够的细分,才能较方便地达到所需的精度要求。经典的步进电机细分电路的细分数不可能做得很高,其步距角还显的不够精全味正余弦细分可将步进电机固有的步距脉冲分成若干个随正余弦函数变化的梯形波,细分数越多,台阶越多,步距角就越小,更适用于混合式步进电机的驱动。2正余弦细分原理,,细分的功能是采用了数/模转换技术用阶梯波驱动代替传统的方波驱动使电机以1996一09一27收稿中国科学院夭文委员会资助课题陕西天文台台刊第20卷微步距“连续”运动,能分别提供步进电机绕组近似于正弦和余弦函数的阶梯电流的驱动电。、路叫正余弦细分驱动如果两相绕组电流分别近似于正余弦函数,且磁通与电流电磁拉力都成线性关系,那么在进给频率一定时,步进电机作匀速运动,得到均匀小步距(如图1所示),每个微步距刀~都细分数,式中占为步距角..图2是正余弦细分电原理框图3块4089二进制系数乘法器通过计算机或单板机产生不同的时钟,频率用两块74HC153组成的方向逻辑电路和方向锁存器的反馈信息产生控制信号,使2个串接起来的四位二进制可逆计数器进行加法或减法运算,、8位地址线分别接到写有sINCOS函数值的E-,,PROM上总共可寻址256个地址空间将每个l/、,4周期的SINCOS波形各分成256个函数值每,个函数值为it依次写入EPROM相应存储空sb图l正余弦细分阶梯电流示t图、间,1个SINCOS周期即为1024步.在时钟频率、,CLK及UP八X)WN递增递减信号作用下8位可逆计数器的输出不断改变EPROM的,地址从EPROM读出的正余弦函数值经8位D/A数模转换变为模拟量的1/4周期正余弦。、,函数波形为了得到一个完整的SINCOS图形利用计数器的进位端和借位端以及赋能,。、。端组成了两个逻辑电路一个是控制计数器的正反向计数当计数器输出为256时即做。减法运算,为O时即做加法运算,这样可得到半个周期的正余弦函数波形另一个是控制方向}二讲制乘块器}4089X3图2正余弦细分电原理框图:20卷(1997)张竹恒等步进电机步距角的正余弦细分原理。相位模拟开关它的作用是将未经倒相的1/2个周期的正余弦函数与已经倒相的1/2个周期的正余弦函数组合成一个完整周期的正弦及余弦波形,再经缓冲、滤波和倒相输出4路正余弦波形到功率放大器,功放输出接在步进电机的的绕组上,形成驱动电流。写入EPROM里的正余弦函数值,;,!/户\l可用数字偏移量D。来表示,表达式为:~~~,D、~256Xa/90式中下标i表示SIN或COS;。表示角度。功率放大器要选用输出电流大、谐波和交越失真小的、并设有短路和过热保护的集成电路,自然也可自行设计.图划。3表示了图2所示各点的波形图理在细分数要求不太高的情况下,可选择一种更实用更简单的正余弦细分驱,动电路它用2个74LS191组成可逆计数器,产生8位地址线,细分数可做到。,256增减地址线也可改变细分数使整,\{{/火个