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什么是步进电机?步进电机可分为哪几种?

什么是步进电机?步进电机可分为哪几种?
电流细分的具体方法是什么?
ENA的作用是什么?ENA有哪些应用?

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刘恩彤

2021-6-30 09:24:18
  步进电机
  两相步进电机
  两相步进电机一共有两个线圈,A线圈,B线圈,
  步距角的计算方法:转子齿数(转子极对数)Nr,定子相数P
  Θ=180/Nr*P。
  图1:Θ=180/1*2=90。
  控制线圈的通断,即可以控制线圈的转动,转动的时序为
  输入 1 2 3 4 5 6 7 8 9
  +A 1 1 0 0 1 1 0 0 1
  -A 0 0 1 1 0 0 1 1 0
  +B 0 1 1 0 0 1 1 0 0
  -B 1 0 0 1 1 0 0 1 1
  表1
  单纯从一个线圈来说的话,+A,-A.
  输入 1 2 3 4 5 6 7 8 9
  +A 1 1 0 0 1 1 0 0 1
  -A 0 0 1 1 0 0 1 1 0
  表2
  假设1.2为一拍,那么一拍是如何进行细分呢?
  步进电机是电流控制的电机,细分是对一拍的电流细分,把简单的0.1逻辑变为平滑的电流变化,细分程度越高,电流的变化越接近与正弦波。
  所谓的细分有2细分,4细分,8细分,16细分等。
  细分目的:是使每一步的步距更小,能进行更加精确的控制。另外步进电机进行细分控制时,步进电机的转动会更加平缓,避免突然的高低电平带来的机械震动,影响设备的精度。
  电流细分的具体方法:在固定拍的位置时,改变输入电流的大小,输入的电流改变方法我会在下文提起。
  当A,B都运行时,下图为四细分,之所以称为四细分是在运行时高电流分为四个等阶,同时四个为一个重复,W相同,转速相同,转动角度相同,A超前B九十度,我们可以设A线圈上的电流大小为x轴的坐标值,B线圈上的电流大小为Y轴的坐标值,电流值IA=Imax*cos(wt),IB=Imax*sin(wt)。
  激磁磁通变化:φa=φcosθ, φb=sinθ。 无限长载流直导线外:
  ,电流和B成正比,Φ=BS,φ与B成正比,所以I与φ成正比。
  力矩Ta=ia*(dφ/dt),Tb=ib*(dφ/dt),T=Ta+Tb,
  T2=Iφ[-coswtsin(wt-δ)+sinwtcos(wt-δ)]
  =Iφsinδ。随着δ的变化力矩也随之变化,逐渐增大,90度是最大。
  四分驱动磁场矢量图 四分驱动电流大小
  细分越多电流波形越趋近正弦波,由阶梯变得光滑的弧度,步进电机输出的力矩也越平稳,速度波动变小。
  在具体驱动步进电机时,需要接在驱动电路上,驱动的电路的主体时一个H桥驱动电路。
  控制Q1,Q4接信号,Q2,Q3不接信号,输入PWM波形,驱动电机转动(图中用20欧姆电阻代替),电机此时认为正向转动。Q2,Q3接PWM信号,Q1,Q4不接信号,电机为反向转动。
  但是要注意mos管的使用
  理论来说门极导通的电压为3V。实际门级电压不足,应该为(vcc+3)v,门级电压的大小为Vgs=Vg+Vd,c才能导通所要求的电路。门极电压要高一些。
  如果门极电压不足,会导致H桥输出电压很低,另外还会出现电压毛刺。
  电机驱动芯片,采用的是电机驱动芯片L6207PD
  ENA的作用是开关A桥所有的mos管,低电平关断。过电流检测和过载保护连接在一个或门上,只要芯片温度过高或者电流检测出现警报,则或门就会触发,导通与其相连的mos管,使输入的ENA上的信号,直接进入地,从而使A桥关断。A桥工作的使能端。
  IN1A的作用是逻辑输入0,1。目的是一侧桥的开关。
  SENSEA检测的电流与VREFA进行比较,电压过大,mos关闭,使输出电流近等于恒定值。
  在IN1A的关断与闭合中,OUT的电压脉冲宽度发生变化,并且电流的大小维持一个恒定值,从而实现电流大小的调制。
  实际应用就是,ENA是步进电机的输入电流大小调节,作用于细分。IN1A的作用就是步进电机的拍,在固定拍,进行电流大小调节,也就是ENA的PWM调制。IN1A变动时,步进电机开始正向或者反向转动。
  因此我们进行输入的为四个端口,固定的PWM输入,和周期变化的拍正转,反转,停。
  (下一步的猜测,控制器运行时,先把正转,反转,停的IO置位,在输如PWM,停止的时候也是,达到所需的位置时,或者说到了计算的PWM时,先停PWM。但是和成品的步进电机驱动有些差别)
  (可以在程序内修改,一细分的小步等于一段PWM,这样操作在另一个程序调用即可,缺点就是占用内部资源)
  五相步进电机
  五相步进电机的接法有三种D型,Y型,和第三个。
  我们所采用的五相十拍步进电机步距为180/(5*50*10)=0.072
  如果我们采取细分步距会更小。
  之所以称为五相十拍电机,是因为十次五个线圈变换,会周期的正反转。
  转动时序为下图2.2,为正转时序,如果需要反转时,反过来时序运转就可以了。
  五相步进电机的多少细分应与两项相同。
  这个是三个电机驱动芯片,共6个H桥,我们取五个作为五项步进电机的驱动,五个ctrl iso用作时序控制,五个ENX作为电流(输入)大小控制。
  此外光耦有两种接法,外加电源并联电阻,和直接连接。我猜测可能是ctrl端的IO不能提供驱动光耦的电流,但是EN_X端能开漏输出,提供足够的电流驱动光耦。
  作用是防止驱动出来的瞬时电压超过24V,保护步进电机。
  这个是步进电机连接驱动的插口。
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