基于FPGA的步进电机SPWM细分驱动系统的设计.pdfVIP

学兔兔 l遑 訇 似 基于FPGA的步进电机SPWM细分驱动系统的设计 Design ofFPGA-basedSPW M subdivisionsteppingmotordrive system 张 萍 ZHANG Ping (江阴职业技术学院 电子信息工程系，江阴214405) 摘 要：系统采用FPGA设计了步进电机正弦脉宽调制细分驱动电路，提高了步进电机的步进分辨率， 并设计了功率驱动电路，对细分电路输出信号进行了隔离和功率放大，以确保电机能够稳定 可靠地运行。经过对二相混合式步进电机测试表明，步进电机运行平稳，定位精度较高，改 善了步进电机的运行性能，适用于要求较高的实时控制系统。 关键词：SPWM细分驱动；双口ROM；SPWM调制；桥式驱动 中囝分类号：TM391．9 文献标识码：B 文章编号：1009—0134(2014)02(下)一0115—05 Doi：10．3969／J．Issn．1009-0134．2014．02(下)．33 0引言 恒幅均匀旋转法是使电机各相绕组分别通以幅值 步进 电机在低频工作时，分辨率不高，容易 大小均相等且有一定相位差的正弦电流，使各相 产生振荡，运行不够平稳，无法满足精确定位的 电流合成矢量在空间上作旋转运动，且 电流合成 要求。而 电流矢量恒幅均匀旋转的SPWM 正弦细 矢量的幅值保持不变，从而能够使细分后的步距 分驱动技术n减小了步进电机的步距角，并且能够 角均匀，输出力矩恒定。为了尽可能得到圆形的 使细分后的步距角均匀，输 出力矩恒定，从而提 合成磁场 ，使步距角变化均匀，各相绕组采用阶 高了电机的步进分辨率、运行的平稳性和 电机 的 梯状正弦波电流驱动较为理想。采用阶梯状正弦 定位精度，因此，SPWM细分驱动技术在步进 电 波对 电流进行细分时 ，阶梯越多，波形就越理 机的驱动系统中得到了广泛应用。 想，越接近正弦波，步距角也就越小，定位精度 目前，步进 电机驱动控制系统普遍采用微处 也越高。如图1所示。 理器来构成，对于比较简单的步进 电机控制应用 这是完全可行的，但是当需要对步进 电机进行高 速、高精度、频繁细分控制时，就要占用微处理器 大量的运行时间和内部资源，从而严重影响了系统 其他应用功能的执行与实现 。采用高速FPGA器件 设计的细分电路取代微处理器的细分功能程序 ， 图1 八细分正弦电流 不但可以很好地解决这些问题，而且与程序相比 SPWM 技术是把正弦波划分成宽度相等、幅 硬件电路具有更好的快速性和可靠性 。 值不等的N个脉冲，再把这个序列脉冲用N个幅 1 SPWM细分驱动原理 值相等、宽度不等，宽度按正弦规律变化的脉冲 步进 电机细分驱动通常分为等电流细分驱动 代替，即为SP