宇航用步进电机驱动线路发展及展望

步进电机在各类空间指向和执行机构中获得广泛应用。介绍了步进电机基本原理和典型驱动控制电路,对空间步进电机驱动控制用电子元器件的发展、驱动线路的迭代和元器件国产化特征进行了介绍和总结。对步进电机驱动线路的发展进行了展望,为宇航步进电机驱动线路设计提供参考。

基于Arduino Mega2560单片机的智能物料运输车设计

为实现自动化物料运输能力,设计出一款以Arduino Mega2560单片机为控制核心,采用舵机控制模块、OpenMV摄像头模组、步进电机驱动模块等硬件的智能物料运输车。通过Arduino和OpenMV的上位机进行软件编程,实现物料运输车多功能全自动运行,包括利用3自由度机械臂与垂直升降滑块装置结合的抓取装置抓取与摆放物料;采用8路灰度传感器对地面标识线寻迹进行路径规划,同时运用微雪电子扫码模块获取物料信息和物料抓取顺序,并搭配OpenMV视觉识别模块对物料颜色和位置进行判断;通过麦克纳姆轮进行全向移动。在模拟智能制造工厂的物料加工场景下,进行了系统编程控制过程实验。结果表明:所设计的运输车能够在4 min内完成物料抓取区、粗加工区、成品区的全套流程,同时区域移动准确率达标,完全能满足现代智能制造工厂高效率、高精准率的设计需求。

AT89C52单片机控制的步进电机驱动设计

为实现步进电机在生产应用中的精确控制、防止控制“失步”,并能够根据需求对电机工作状态灵活变动以提升生产效率和质量,本文设计四相步进电机的控制系统。该系统利用电路设计及单片机程序控制,以模拟试验的形式,先对控制电路进行线路设计,然后利用AT89C52单片机进行电机驱动控制的程序编写,具有良好的实用性和便捷性。

基于动态规划的贴标机步进电机驱动伺服控制方法

受到步进电机非线性因素的影响,贴标机在作业过程中部分场景下的步进电机驱动伺服控制误差偏大,单指令信号控制响应速度与设定指标值差值较大,严重影响贴标机正常作业。为了解决这一问题,结合步进电机控制参量特征,引入动态规划策略对其控制参量、变量加以优化,通过动态规划的随机统计特征,量化控制参量,统一变量分布控制权重,实现提升控制响应速度的效果。具体实现过程可以总结为以下三个步骤:首先,建立基于动态规划的贴标机步进电机同步模型;然后,对PID动态控制驱动量神经网络进行优化;最后,完成基于动态规划的步进电机驱动伺服全局控制优化。通过数据对比表明:提出方法具有较强的响应优化能力,优化效果完全满足设计要求,且方法实现成本较低,具有较高的推广价值。

两相混合式步进电机高性能闭环驱动系统设计

在研究传统步进电机开环细分驱动与控制算法的基础上,提出了一种带编码器步进电机超前角控制的“位置+电流”闭环驱动方案。传统开环细分驱动方案给定的电流相位角与转子位置无关,而此闭环驱动方案使用编码器检测转子实际位置,并计算位置误差、速度误差信息以实时调整电流细分给定的电流相位角,从而更好地改善步进电机在不同转速下的工作性能。采用TI公司高性能处理器TMS320F28069作为主控单元,IR2104S、IRF540作为功率驱动电路,搭建步进电机位置闭环实验平台,并对不同转速的电流以及位置精度进行测试。实验结果表明,该闭环驱动方案可以很好地改善步进电机低速抖动与高速失步的问题,在60~1200 rpm转速范围可以很好地工作,位置精度控制在10个脉冲内,达到了传统伺服电机的水平,具有较好的市场应用价值。

基于Δcos(ϕ)/ΔI因子的步进电机驱动电流优化控制研究

脉冲步进指令控制的传统步进电机具有开环定位的特点,无需位置传感器。而开环控制的缺点在于当发生过载时容易导致失步,为了降低失步发生的概率,步进电机通常以最大电流工作,这会影响其工作效率。针对上述问题,提出了一种基于Δcos(ϕ)/ΔI因子的优化步进电机驱动电流的控制算法,该算法结合步进电机的特性及其步进指令脉冲,适用性强,计算过程简单,无需额外设置步进电机的机械或电气参数。利用混合式步进电机的实测数据进行了数据仿真实验,证明了所提出算法的有效性。

基于S7-1200 PLC步进电机驱动控制系统设计

步进电机在数字控制系统中具有广泛应用。在广泛调研的基础上,研发一套步进电机驱动控制装置。该装置采用触摸屏作为上位机,S7-1200 PLC作为系统控制单元,集成有光电传感器、步进驱动器、步进电机、CM1241模块。对控制系统主要器件进行选型、电路设计、硬件接线与调试,还进行触摸屏界面设计以及PLC程序编写,可以实现基于触摸屏控制的电机点动、回原点、系统复位、绝对运动以及相对运动,而且基于Labview实现电机的远程控制。实验结果表明,该控制方案是双轴运动控制中一个较好的解决方案。

微型永磁式爪极步进电机控制系统设计与实现

为实现对直径在5 mm左右的永磁式爪极步进电机的驱动控制。基于STM32F103C8T6主控芯片和TMC2660驱动芯片,设计了一套针对该电机的运动控制系统。控制芯片和驱动芯片之间利用SPI通信,实现对步进电机驱动电流、运动方向以及细分的设置。上位机基于CAN2.0通信协议完成对驱动器的参数修改配置,并且实现正反转、停车、定位以及回零等功能。利用S曲线控制算法,在细分的基础上对步进电机运动进行控制,实现电机的平滑启动与停止。经过实验验证该控制系统能够实现对微型爪极永磁式步进电机的运动控制,细分驱动可有效提升电机电流的正弦性。

混合式步进电机细分驱动原理分析

针对一些电机方面书籍描述混合式步进电机细分驱动原理中存在的问题,通过磁动势计算分析,得出混合式步进电机的阶梯波电流细分驱动不是一些书籍上描述的等幅匀速旋转磁场。提出按正弦波规律采样的细分驱动可以得到等幅匀速的旋转磁场,指出步进电机细分驱动的本质原理是来源于交流电机的原理,空间完全对称且绕组参数都相同的交流电机绕组,通过时间相位差和其余参数都相等的正弦波电流驱动时,其合成磁场是一个圆形旋转磁场。

基于ARM和TMC262的步进电机运动控制系统

介绍了一种高精度高可靠步进电机驱动控制系统的设计。该运动控制系统主要采用了STM32F10ZET6微控制器、TMC262步进电机驱动芯片。系统具有256细分的高精度步进,并具有电机过载检测、堵转报警等功能。给出了硬件设计的框图,介绍了驱动电路的设计,分析了TMC262电流斩波原理和TMC262负载检测原理。在基于MODBUS通讯协议上设计了友好的PC上位机通信软件,测试结果表明所设计的控制系统达到了预期的设计效果和要求。

基于DSP的步进电机多轴控制系统研究

以数控机床为应用背景,针对各轴向定位精度不高的问题,介绍一种自主设计并制作出的基于DSP的步进电机多轴控制系统;该系统以TMS320F2812为控制核心,采用协调控制的方法,实现了三轴向步进电机的单独控制或协调控制,此外每个轴向上还有加减速、细分、电流负反馈和PWM脉宽调制等功能,使得系统对步进电机的控制更加完善;实验结果表明,系统稳定正常运行,能实现多轴向步进电机的集中控制,也能使得各个轴向能以不同速度不同细分数相互协调工作。

同步辐射光束位置监测系统中电细分控制技术

为了实现探测调整机构的高精度移动和定位 ,采用了基于单片机控制的PWM步进电机细分驱动技术。利用电流矢量恒幅均匀旋转的方法 ,即给步进电机两相绕组分别通以不同的电流 ,使合成的电流矢量恒幅均匀旋转 ,实现了 32细分微步驱动。步进电机绕组存在的非线性误差 ,造成了细分后步距角的不均匀 ,其最大误差为 2 4 .8% ,采用拉格朗日插值多项式拟合法进行误差修正后 ,提高了细分精度 ,最大误差为 8.1%。

高集成度新型摆镜驱动模块的研制

研制了一种高集成度的摆镜驱动模块,用作空间光学遥感器摆镜机构的动力单元。基于光、机、电一体化的设计理念,选择合适的步进电机,研制了大速比的谐波减速器和16位光电编码器,从而构制了紧凑型驱动模块。对该模块的轴系精度、位置精度和速度精度分别进行了分析和测试,测试结果显示,轴系径向跳动<3μm,端面跳动<1μm,定位精度<40″;理论速度为0.1°/s时相对速度精度为19%,5°/s时相对速度精度为6.8%。试验结果表明,该驱动模块质量轻、输出力矩大、传动精度高,满足摆镜机构对驱动系统的指标要求。

基于增强型STM32驱动双极步进电机的研究

针对双极步进电机的控制特点,充分利用增强型STM32在电机控制中的优势,提出基于STM32的双极步进电机驱动方案。对该系统的硬件电路和软件流程进行分析和设计,并最终将其应用到实际的电脑横机工作环境中,通过调整协调步进电机的参数,实现了电机驱动的紧凑、高速和低成本的目标。验证表明该系统具有较高稳定性和可靠性,达到了预定的要求。

一种小型航天级步进电机的控制与驱动

介绍一种航天级小型步进电机控制与驱动电路的设计。设计选用80C32E单片机做为控制单元,软件编程产生4相8拍相序脉冲,控制电机转动。驱动部分采用双MOSFET管串联,以防止单点失效。设计结构紧凑、用件少、体积小。试验表明设计简单、实用、可靠,满足航天要求。

三相反应式步进电机的高性能驱动电源

提出了一种可变细分的高性能步进电机驱动电源,该电源用于驱动三相反应式步进电机。细分波形由AT89S52单片机控制DAC0832数/模转换器产生,驱动单元采用高压型恒流斩波电路。该电源在控制步进电机转动时,微步精度高,低速运转时电机振荡小,高速运转时输出力矩大。通过选择合适的细分数,可与不同档次的CNC控制器配套使用。批量使用结果表明,该电源稳定性好、性价比高,具有一定的推广使用价值。

基于MSP430单片机的轴向变量柱塞泵驱动系统的开发

为了开发出轴向变量柱塞泵的驱动系统,提出了采用MSP430F149单片机作为该驱动系统MCU的设计方法。根据轴向变量柱塞泵驱动系统的特点,设计了该驱动系统的MSP430F149单片机控制电路和L297和L298N组成的驱动电路,并通过光耦隔离的措施实现了控制电路和驱动电路的连接。在此基础上,根据MSP430F149单片机定时器产生脉冲宽度调制波的特点,开发了该驱动系统的软件。通过硬软件的联合调试验证了轴向变量柱塞泵驱动系统开发的有效性。

桌面型贴片机可编程自动化控制器研究

控制器是桌面型贴片机的核心系统,为此设计了紧凑型贴片机异构多核可编程自动化控制器(PAC)原型。设计了贴片机PAC架构,并根据独立态和组合态两种应用场合定义了PAC内部模块功能以及模块间数据总线;重点实现了集步进电机驱动和运动控制于一体的闭环型贴片机运动控制模块,并基于运动控制模块软件功能设计了支持G代码的基本指令系统,开发了嵌入式软件系统和上位机运动控制测试软件。最后,对系统原型进行了测试,验证了控制器的基本功能。

三相反应式步进电机的一种实用型驱动器

针对三相反应式步进电机,设计了一种经济实用的驱动器。该驱动器在步进电机低速运转时采用低压供电,降低了低频振荡;在高速运转时采用高压供电,提高了高频力矩。驱动电路采用恒流斩波方式,提高了步进电机的运转扭矩和工作效率。选用IRFP250型VMOS场效应管驱动电机,使得驱动器功耗低、稳定可靠。批量使用结果表明,该驱动器电路简洁、性价比高、可用性强、易于维修,具有一定的推广使用价值。

高精度二相混合式步进电机控制系统研究

在二相混合式步进电机数学模型的基础上,针对电机低速运行时的振动和噪声过大的问题,研究了正弦脉宽调制细分驱动技术,开发出一种新型的基于单片机的多细分二相混合式步进电机驱动器。该系统主要分为数字控制部分、GAL片逻辑综合信号处理单元、SG3525恒流控制电路、驱动功放电路、过流保护及反馈电路和系统供电电源模块等。系统采用专用集成芯片和可编程逻辑器件,以8位单片机AT89C2051为控制核心,实现恒流控制、正/反转运行、过流保护和多档位细分等功能。实验结果表明,系统硬件和软件设计合理可行,各项技术指标均达到了设计要求。