6ES7312-5AC02-0AB0一般的細分方法只改變某一相的電流,另一相電流保持不變。如圖5所示,在O°~45°,Ia保持不變,Ib由O逐級變大;在45°~90°,Ib保持不變,Ia由額定值逐級變?yōu)?。該方法的優(yōu)點是控制較為簡單,在硬件上容易實現(xiàn);但由圖6所示的電流矢量合成圖可知,所合成的矢量幅值是不斷變化的,輸出力矩也跟著不斷變化,從而引起滯后角的不斷變化。當細分數(shù)很大、微步距角非常小時,滯后角變化的差值已大于所要求細分的微步距角,使得細分實際上失去了意義。
這就是目前常用的細分方法的缺陷,那么有沒有一種方法讓矢量角度變化時同時保持幅值不變呢?由上面分析可知,只改變單一相電流是不可能的,那么同時改變兩相電流呢?即Ia、Ib以某一數(shù)學關系同時變化,6ES7312-5AC02-0AB0保證變化過程中合成矢量幅值始終不變?;诖?,本文建立一種“額定電流可調的等角度恒力矩細分”驅動方法,以消除力距不斷變化引起滯后角的問題。如圖7所示,隨著A、B兩相相電流Ia、Ib的合成矢量角度不斷變化,其幅值始終為圓的半徑。
下面介紹合成矢量幅值保持不變的數(shù)學模型:當Ia=Im·cosx,Ib=Im·sinx時(式中Im為電流額定值,Ia、Ib為實際的相電流,x由細分數(shù)決定),其合成矢量始終為圓的半徑,即恒力距。
等角度是指合成的力臂每次旋轉的角度一樣。額定電流可調是指可滿足各種系列電機的要求。例如,86系列電機的額定電流為6~8 A,而57系列電機一般不超過6 A,驅動器有各種檔位電流可供選擇。細分為對額定電流的細分。
為實現(xiàn)“額定電流可調的等角度恒力距”,理論上只要各相相電流能夠滿足以上的數(shù)學模型即可。這就要求電流控制精度非常高,不然Ia、Ib所合成的矢量角將出現(xiàn)偏差,即各步步距角不等,細分也失去了意義。下面給出了基于該驅動方法的驅動器的設計方案。
3 二相步進電機驅動器的總體設計方案
3.1 6ES7312-5AC02-0AB0系統(tǒng)設計框圖
如圖8所示,控制板信號經過光耦隔離與單片機中斷口相連。
6ES7312-5AC02-0AB0單片機根據(jù)收到的脈沖信號進行脈沖信號分配,確定各相通電順序,并與CPLD里面的D觸發(fā)器相連;同時根據(jù)用戶設定的電流值和細分數(shù)通過SPI口與D/A轉換器AD5623通信,得到設定的電流值(實際上是電流對應的電壓值)。
6ES7312-5AC02-0AB0輸出的值為期望的電流對應的電壓值,它必須與從功率模塊檢測得到的電流對應的電壓值進行比較,并把比較結果與CPLD里面的D觸發(fā)器CLR引腳相連。
CPLD與電流、細分設定的撥碼開關相連,把得到的值通過SPI口傳給單片機;以D觸發(fā)器為核心的控制邏輯,根據(jù)單片機的各相通電順序和比較器MAX907的比較結果確定各功率管的開關。
功率6ES7312-5AC02-0AB0驅動模塊直接與電機相連,驅動電機。采用8個MOS管IRF740構成2個H橋雙極型驅動電路。IRF740zui高可承受400 V電壓和10 A電流,開關轉換時間不會超過51 ns,管子導通電壓Vgs的取值范圍為4~20 V。
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