L6205開發(fā)板_步進電機控制入門講解3.00

1、步進電機控制入門定子mute- IO Weivefbrm oC Winding Currenthttp:/yo nyon 歩進電機控制入門-前B摘自一位網(wǎng)友的話：以前我總以為步進電機是一種即將被淘汰的玩意，即便是使用細分技術(shù)，同樣會遇到丟步、振動、發(fā)熱、響 應慢等問題。偶然的機會做了個閉環(huán)驅(qū)動的實驗，在其后面加裝了一個1000線的編碼器，步進電機通過編碼器獲得轉(zhuǎn)子位置變換為矢量驅(qū)動 當檢測到位置偏差時提供驅(qū)動輸出，到位后可以用極低的電流維持鎖定初步試驗達到了近似交流伺服的的效果，嚴格的來說在低速定位應用中，比伺服還要好！因為步進電機在低速時的力矩更大，而且鎖定后不會像伺服電機那樣在某個位置微震

2、閉環(huán)驅(qū)動之后的步進電機消除了丟步、振動、發(fā)熱等缺點，還可以成倍的提高轉(zhuǎn)速，響應速度也非?？?！閉環(huán)步進驅(qū)動其產(chǎn)品的介紹：主要特點：1、高響應與開環(huán)控制步進電機一樣，Astep與脈沖命令同步運行，因此能使短行程可在短時間內(nèi)精確定位。2、增益調(diào)整簡單影響伺服系統(tǒng)使用的效果，不僅與伺服系統(tǒng)本身的性能有很大的關(guān)系，而且調(diào)整伺服系統(tǒng)的增益也非常關(guān)鍵，但調(diào)整增益是一件 既繁瑣又費時的事。Astep的調(diào)整非常簡單，只需要調(diào)整一個撥碼開關(guān)即可。它尤其適合于低剛性傳動的應用，如同步帶+滑輪等運動結(jié)構(gòu)。3、停止無波動Astep的控制電機為步進電機，由于步進電機停止時具有保持轉(zhuǎn)矩特性，因此，當停止時，電機位置保持完全

3、不變且無波動，對于在停止時要求有不能振動的應用場合是一個非常理想的解決方案，如機器視覺、圖像檢測等行業(yè)。4、低速低振動山于驅(qū)動器采用了獨特先進的電流矢量控制技術(shù)，平滑的效果可比得上細分驅(qū)動的效果，在低速運行時，振動也是非常小的。步進電機入門控制講解1 步進電機結(jié)構(gòu)混合式步進電機 2細分控制原理3.H橋驅(qū)動方法驅(qū)動L6205為例4矢量控制5加減速度控制6衰減模式細分控制原理1 在一步中，二個線圈給不同的電流形成的合力的夾角，就形成 了步進電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度，來達到細分的目的。2如果單純給脈沖一個脈沖只能走一步，然后停下來，在一個新 的平衡位置。3不斷的給這二個線圈加以相位90度的正弦波，步進電機

4、就開始 轉(zhuǎn)動起來了。（以二相4拍混合式步進電機為例，三相相差120度）二相四拍步進電機驅(qū)動 波形1200100&200500100015002000步進電機控制入門Rz>51 klRrv100 ft1N4148IN4148IN4744IN40073oon100 ftVn nUTRW iokn2S:2S29-500x8電機AB柿疑處KMloo mIN4CM8IN叫£ioo m圖2 H橋隠動電珞和功皐MOSFET管的駁動RED BLU紅 藍黃 藍步進電機控制入門4相8拍驅(qū)動波形步進電機控制入門Figure 4. Block diagram of microstepping

5、motor drivePWMD/APWMD/AD/APWMAM15145V1HBridge步進電機控制入門1丄6205+L6506才能恒流驅(qū)動或是采用恒流功能的DRV8841 （電流略小一點）2 恒流驅(qū)動的好處就是慢速的時候基本不 受電機電感的影響，使得微步距比較均勻。3 當然為了降低成本直接采用H橋也是可 行的。4下面就以L6205為例SPWM控制5右圖正弦波就代表PWM占空比的多少6占空比為100和0%時為最大力矩50%電流為0 SIN-SIN二SIN原理高電平減去低電平時導通的電流就是此 時的電流。然后將這個占空比依次調(diào)整為按正弦變化。 7.L6205已經(jīng)包含1US死區(qū)，如果是其它 MO

6、S需要插入死區(qū)以免H橋損壞。1 當目標位置T2v當前位置TO減速并反轉(zhuǎn)，加速，勻速到指定位置 2當目標位置T1, T3當前位置TO加速勻速到指定位置矢量控制1 .V1 V2最高速度？為總行程的1/3少或更少根需要還有負載情況2.V3什么時候減速？加速多少減速多少。這要根據(jù)負載情況3關(guān)于負載的計算這里舉例克服摩擦做功的例子PrintV/計算均勻凰盤 在高速減速至。喬要的轉(zhuǎn)數(shù)a = 7; “轉(zhuǎn)比“v = 300; ( wrpmw)v = v/ 60 /a / N; <wr/s*) Printv, " r/s1;o = V-* 2 Pi; (wrad/s*)M = 5; (*Kgn&

7、gt;R = 0.3; C*If 半程z = 0.2wa;(wH.M力矩 根搖電機力矩估宜 平均力矩也可以分段計算廠i = 0.5wM*RA2; (w 謖星 w)Printi, " kgwM2"J;« = 0.5wiitoA2/z / H; " rad 做功=動能 關(guān)鍵公式C Prints, " rad1'r = e/ <2Pi) wa;Printr, " 4$"/計算均勻回盤 在髙速減速至0需要的轉(zhuǎn)數(shù) 071428S r/s 0225 ka*H2丄.61856 rad丄80321轉(zhuǎn)步進電機啟動頻率1步進電機空

8、載啟動頻率一般可以到1 KHZ2但是根據(jù)帶負載的不同會有所降低需要實際測試。3 下面是計算方法4為了快速平穩(wěn)到達目標位置過低太慢，過高失步。要適中。fl = 100 frHZw)step = 200;si)r = 1/ fl step /rps = £l/step (tyx/stt)rpm = rps 宿 60 (r/jninw)10021230加減速度控制1 用計算機計算查表方法計算快速2根據(jù)需要采用離散法對S曲線 擬合。為方便使用已經(jīng)整理成上位機軟件。The speed at a given time is: T) = j coef r = cofr(>TKe positi

9、on is given by:1IO(f)= J <>( r )r/ r = 2 = z ccr-O2TKestep pulse at tJie shaft anyle 8 = /ex is:V2“ dr一 Q-and the time delay between two steps is:Finally the expression for the counter delay is found:This leads to the expressions for the first and the th counter- -delay:ocoMotor Speed Curve Ma

10、thematicaln!9.- Clear “Global，n")n = 512；microstep = 1:step - n*microstep;MdLxSpecd = 200;a = Solve60 / (cU * (Sortn + 1 -S«rt n) * 2U0 / 1000) -3 = MaxSpeed, cU： c0 - cO / a;n = 1;i = 63：c 60/ <cOA (SqprtnT 1 Sqrtn) n 200 / 1000) -3; b = Solve 60 / ( 3EJ® -1/k *64 y 200/1000) =C,P

11、rint 'C - 1 f c / Nz " rpn, CO cO / Hz " z K - 11 x k / Wspee(itK_/ " CC := K宿60 “co (Sdrttn 1 sortn)r 200/1000)-歇data - Tol)lcxz x, 0, microstcp nstep, 1, Ial)lcspeed1, 3, cO ； (n, G . step, 1 ; data = Transposedata;ShowListPlotldata, Plotstyle -> Red, AxesLatoel -> (1 STEP

12、1嚴Solves i fun : nvaistd fiinct tens ara boing uccd I7 Sol v a, co gne solur ions Tifiy not ba fo-axid：Raduec for cempl at c uoluQion i nforrrA t ion 沁OutpjJ-轉(zhuǎn)速力矩曲線雙極性57BYGH002芒芝UK57BYGH1C157BYGH102、X農(nóng)？:欖玄：92彳鳳旳：左，忙0：20CC XCC 4CCC>0»c 8 6 4 21 -EE mo 2-5 si gnbs:! =3«u聚銳* N： 925 1 5Atf&

13、#174;35Vccc=cc -ccc m XCC 2 see=jsar3：a；pc»-.M'olvnhHII =>o«±X -2uc-2 CA ：fl;24V 一 2 CA； 14 仙 3SV10CC 2XC 2C0： 4CCC ECCusa -3：e *ppsj-w、ol nzwrl =>o m0 SCO 4C0 g SCO 1COO 焙RSoefii ：sm珂EC XC 45C see ?5CC 30C 6CC KC 12-X 1SCC1 步進電機多數(shù)矩頻特性 也就是力矩曲線就指數(shù)下降型2那么我們加用加速曲線也應該用指數(shù)曲線型 低數(shù)加速快

14、，高速加速慢3為了獲得更好的剎車效果可以將指數(shù)曲線優(yōu)化 稍微像一個S型4帶負載啟動時 要比啟動頻率低，正常運轉(zhuǎn)又要比最高頻率低。5如下圖雙極性1.2.3.與 電機長度電機壘號靜力短痰定電渡毎裕電國毎整電感定位力矩轉(zhuǎn)子"rtmoz-nAohmmHmNmozng.cmaoz-n257BYGH957BYGH&3*55077.9521.023223J207440.6- 25?B¥GH255077.951.S1.64457BYGH0AZ F57BYGHO39土-24730.G5VS8263供800.如4*u.g.)57BYGHCO224.72/1.742573YGH1F57B

15、YGH-07.5324.53220 2n(1.9? n)S7BYGH101ax27*2 1.53757BYGH2 乂57BYGH20-：vco：55.9l.S3.30.2405.662605.43(2/3 n.)57BYGH202V0355.92.12757BYGH376 mm (2.99 m)57BYGHX-900269.31.5428.5575YGHX2沁2693313470994602 535?BVGH33650233.82 -284557BYGH457BYGH40-3200453.560.52.120怡37504/3ill Hl inS37n)573YGH4023

16、2CO4S3.531.98.5dearG1 咖al、汕;KaidLpulate Plotkir (xAa + xAb) + cz xz Oz step； Plotstyle ->Redr FillingAxls »xesLal)el t r'SrEP" , "SPEED(R/Min.)" z kxesOriglu -> 0z 0, PlotRauige t Full,step； 3?0； "step=" r 1, 512 1； Appearance t "Lal)ele(i" ；0.002,-1

17、, 10, 0.0002z toeaiance "0i)en" J,q 0.5z 11 a=" ； -5Z 5Z 0.17 Appearan.ee t "Open" ；0.5x "hzz" -5Z 5, 0.1, Aoearance -> "0i)en"),c0/ "c=,1 r -10j 10z Q2j Appearance -> "Leled"lz 航理事 1, liearance t 11 Oi)en" y,11 Y=" $ DYnaii

18、iick t (xAa + xAh> -t cSTEPp= < nk= <Q=I&9232 i BO gig Ba=_izi BBE (alS Bb=.Q°oei QIBE (alS BC=(Q Z= J-I】 i QIHE 因O B7 =16. 84G4H橋驅(qū)動衰減模式 運動控制系統(tǒng)里匹配步進電機和驅(qū)動器的5個簡單步驟：1選擇合適的電機（基于對速度和轉(zhuǎn)矩的要求）。 2.確認電機技術(shù)指標中各相電感之間誤差在±5%以內(nèi)。 3.選擇合適的驅(qū)動器。如果可能的話，獲得驅(qū)動器輸出的電流波形圖。 4.確認驅(qū)動器上有提高運行平穩(wěn)性的功能或者選項，如調(diào)節(jié)續(xù)流阻尼深

19、度（慢速或者快速電流衰減）或可調(diào)整電流 波形的電位器。 5.根據(jù)驅(qū)動器特性匹配電機電感量。通常說來，高電感量電機低速性能較好，但是需要驅(qū)動器具備高電流阻尼（快 速續(xù)流）,能讓電流在續(xù)流期間快速下降。阻尼有助于電感的快速放電。低電感量電機高速性能好，如果驅(qū)動器能 提供較低的電流阻尼（慢速續(xù)流）,那么這些電機將呈現(xiàn)出良好的工作特性，因為他們在電感能量泄放過程中無需 特別的阻尼幫助。對于一些電感量中等的電機來說，可以選擇具備混合續(xù)流能力的驅(qū)動器。 6.電機快速時一般采用快速衰減模式低速時采用慢速衰減模式。7.現(xiàn)在的步進電機細分的方式基本上都是電流細分法，將相電流按正弦波相切得到的電流點作為細分點。在

20、相電流 達到細分點時就要控制電流進行控制衰減，否則得話就會出現(xiàn)角度過沖也就無法準確的停留在細分角度上。電機的 速度不同選擇的衰減模式不同。高速時快衰減、低速時慢衰減。高速時慢衰減就會出現(xiàn)震動大、噪音高等問題。低 速時選擇快衰減就會導致電機無力嚴重時會出現(xiàn)定位不準。電機控制IC上的電流衰減所針對的是H橋開關(guān)管的控制 模式。慢衰減時高側(cè)管關(guān)閉，快衰減時高低側(cè)管都關(guān)閉?；旌纤p是先是以快速衰減然后以慢速衰減，混合衰減的 時間比仞j因芯片和功率也個不相同。 電流衰減模式特點及應用 緩慢衰減模式的特點： 馬達在緩慢衰減時由于輸出電流穩(wěn)定的減少，所以電流的波紋會比較小，對 馬達轉(zhuǎn)距會比較有利，但是在小電流

21、的領(lǐng)域里，會因為電流的控制惡化造成輸出 電流增加，而且在半步進、四分之步進模式下容易受到高脈沖頻率驅(qū)動時馬達 反向電動勢的影響，所以它不會隨著電流限制值的變化而變化，會造成電流波形 變形和馬達震動。所以它比較適合在全步進模式或者低脈沖頻率驅(qū)動時的半步進 模式、四分之一步進模式使用。 快速衰減模式的特點 馬達在快速衰減時由于輸岀電流急速減少，所以可以減低在高速驅(qū)動時電流 波形的變形，但是輸出電流的波紋會變?nèi)诉@會使平均電流下降（可以加人電流限 制值來改善，但是也要考慮到輸出額定電流，造成：馬達轉(zhuǎn)距的降低；馬 達的損失變大，增加發(fā)熱。在沒有和的問題下適合高速驅(qū)動的半步和四分之 一步模式。 混合衰減模

22、式的特點 混合衰減模式就是針對于上而所說的緩慢衰減模式、快速衰減模式所發(fā)生問 題的改善方式。在混合衰減模式中電流衰減因為快速衰減和緩慢衰減的切換不會造成紋波電流的增人，可以改善電流的控制性.快速衰減力矩會變小慢速衰減力矩會曾大Decay Mode Performanee TradeoffsAsynchronous DecayFast DecayModeCurrent DecayTorque Ripple/ Audible NoiseVoltage to the loadEfficiencyControl when winding current is decreasingASync Decay

23、FastPoorLowerPoorBetterSlow DecaySlowGoodHigherGoodOKFast DecayFastPoorLowerGoodBetter步進電機控制入門Figure 9. PWM current control decay modes步進電機控制入門步進電機控制入門步進電機控制入門vAON OFF Time TirwEUul.Ino,.<_X>ON OFF Time TimeAM1515O/1步進電機控制入門上位機軟件 配合前面所講的速度計算公式主要用的是第一行CO K0 B0巻考公式CO*KOx+BO速度曲線理論見上面大體流程 T2 T8定時器

24、用于產(chǎn)生PWM從而生成SVPWMT1為速度:速度控制MCUuaar Poscwccwtrapezoid SpeedPos* currentPot?- currentsin停止時電流和運行電流控制if (iStop > 30) /655us/2*500靜止時電流為正常的1“TTM2->CCR1 =Si rJDat aAMotorPosi t ionPoint er»2;TIM2-XCE2 二Si nDataBMotorPosi t ionFointer»2;TIM2->CCli3 =Si nDat aCMo torPosi t i onPoint er &#

25、187;2;TIM2-XCM 二SirJD&tdDCMotorFoEitiortFointer：/LED_FLASH(1);elseiStop 卄；/STOP MB AUTO Tl£RN BACK/fil o t or 1 _S t op Aut o BACK ():/else /(Motorl_posti on_Current != Mot or1_post i on_user)/Motorl_Arrive_Flag = 0;/電機悟止用戶設定位置未到達標記/iStop = 0;/S-topFlag = 0； if (DecayXCurrexitFlag)Si nDat a

26、AMo torPosi t ionPoint er)*/*!; Si rdDataBMotorP osi t ionPoint er»l: SinDataCMotorPosi tionPointer/*!; Si nDat aDMo torPosi t i onPoint er»l:SirJDat&AMot or? osi ti orJ oint er >XJ: Si rJDat a£ M o tor? osi ti onP oint erJXl; Si rJDat aC M otorF osi ti onFoint er»0: Si rJDat aD M o torF osi t i onF oint erX);ITIM2->CClil =TIM2-XCK2 二TIM2->CCli3 =TIM2-XCM =elseITIM2-XCE1 二TIM2->CCI =TIM2-XCK3 二TIM2->CCM = 根據(jù)位置控制速度(應用層函數(shù))指定位置 電機自動加減速正 反轉(zhuǎn)控制 MotorXControl(RXDData1*255);MotorYControl(RXDD