步進(jìn)電機(jī)數(shù)控解決方案

傳統(tǒng)的電流式控制方法是檢測(cè)流經(jīng)繞組的電流，并將反饋信號(hào)送到控制芯片，然后由控制芯片決定是增加還是降低繞組電流，以取得所需的電流強(qiáng)度。這種控制方法使電機(jī)在寬轉(zhuǎn)速和寬電源電壓范圍內(nèi)保持理想的轉(zhuǎn)矩，非常適用于全步進(jìn)和半步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，而且實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常容易。

閉環(huán)控制電路將電流施加到繞組。反電動(dòng)勢(shì)(BEMF)會(huì)降低繞組電壓，延長(zhǎng)電流達(dá)到理想值的時(shí)間，因此，反電動(dòng)勢(shì)限制電機(jī)轉(zhuǎn)速。雖然系統(tǒng)無(wú)需知道反電動(dòng)勢(shì)值，但是，不重視且不修正這個(gè)數(shù)值將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)性能降低。

因?yàn)殡娫措妷鹤兓瘜?dǎo)致峰值電流有時(shí)波動(dòng)幅度很大，所以，直到現(xiàn)在，工程師還是盡量避免使用電壓式控制方法。工程師們還想避免反電動(dòng)勢(shì)隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速增加而升高的問(wèn)題。

在這種情況下，業(yè)內(nèi)出現(xiàn)了能夠補(bǔ)償反電動(dòng)勢(shì)的智能電壓式控制系統(tǒng)。這種驅(qū)動(dòng)方法使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)更順暢，微步分辨率更高，是對(duì)高精度定位和低機(jī)械噪聲要求嚴(yán)格的應(yīng)用的理想選擇。電壓式控制是一種開(kāi)環(huán)控制：當(dāng)正弦電壓施加到電機(jī)相位時(shí)，機(jī)電系統(tǒng)將回饋正弦電流。

我們可以用數(shù)字方法補(bǔ)償反電動(dòng)勢(shì)和峰流變化。在記住電機(jī)的準(zhǔn)確特性(電機(jī)電感-轉(zhuǎn)速曲線、反電動(dòng)勢(shì)-轉(zhuǎn)速曲線、電機(jī)電阻)后，計(jì)算并施加電壓，以取得理想的電流值。

電壓式控制方法是向電機(jī)施加電壓，而不是恒流。施加的電壓值能夠補(bǔ)償并完全消除反電動(dòng)勢(shì)效應(yīng)，施加電壓的上升速率與因電機(jī)轉(zhuǎn)速增加而導(dǎo)致反電動(dòng)勢(shì)上升的速率相同，保證電流幅度對(duì)轉(zhuǎn)速曲線平坦。在已知所需電流后，就可以確定取得該電流需要施加的準(zhǔn)確電壓值。因此，電流是由電壓間接控制，如圖1所示。

圖1：反電動(dòng)勢(shì)(BEMF)補(bǔ)償

電壓式控制還節(jié)省了分流電阻，可取得高微步分辨率和極低的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。事實(shí)上，意法半導(dǎo)體的L6470取得了多達(dá)128步的微步控制。

這款數(shù)字電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器的核心是一個(gè)能夠降低微控制器資源占用率的數(shù)字運(yùn)動(dòng)引擎(DME)。

數(shù)字運(yùn)動(dòng)控制引擎是由行為命令控制，例如，絕對(duì)位置請(qǐng)求，并按照預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速曲線邊界驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)。全部指令集包括相對(duì)位置和絕對(duì)位置(達(dá)到目標(biāo)位置)、轉(zhuǎn)速跟蹤(達(dá)到并保持目標(biāo)轉(zhuǎn)速)和電機(jī)停止順序，還包括機(jī)械位置傳感器管理專用命令。圖2所示是前述部分命令。

圖2：行為命令

該控制器通過(guò)具有菊花鏈功能的高速SPI總線接口與主微控制器通信。

通過(guò)一個(gè)串行接口，一個(gè)微控制器能夠管理多個(gè)控制器，從而控制多臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，如圖3所示。

圖3：SPI接口菊花鏈拓?fù)?/p>