двухфазный шаговый двигатель ARM 

Шаговый двигатель – это широко используемый двигатель управления, который характеризуется управлением скоростью и управлением позиционированием без использования контура обратной связи положения, так называемого управления открытым кольцом двигателя. По сравнению с сервомотором шаговый двигатель имеет преимущества низкой стоимости и простого управления, особенно двухфазный гибридный шаговый двигатель, имеет широкий спектр применений в промышленной системе управления движением. Тем не менее, традиционные методы привода, такие как привод одного напряжения, привод высокого и низкого напряжения, привод постоянного тока вертолета и т. Д. Хотя они были применены очень зрело, но ограничены низкоскоростной работой, а тонкая градация обычно ограничена 1 / 2 шагами, не может хорошо устранить низкочастотные колебания, а также такие недостатки, как плохая точность позиционирования. Появление драйверов сегментации хорошо компенсирует этот недостаток.

Обычные контроллеры сегментации обычно состоят из MCU, специализированных чипов с логическим приводом и модулей с силовым приводом, которые, хотя и удовлетворяют многосегментным драйверам, но из – за количества и эффекта сегментов, на которые влияют логические чипы, и не могут регулировать тонкие дроби и лимиты тока, что приводит к трудностям отладки системы, плохим моментно – частотным характеристикам и другим недостаткам.
В этой статье используется 32 – битный ARM – монолит компании ST, а также модуль MOSFET и модуль датчика тока, который устраняет логические чипы. Электрический ток использует внутреннюю выборку AD одной машины, логический алгоритм управления реализуется непосредственно автономным программным обеспечением, MOSFET работает в соответствии со скоростью импульса внешнего ввода и внутренними временными рядами, что значительно упрощает прикладную схему, улучшает универсальность схемы и производительность привода.
Краткое описание итальянско – французского полупроводника STM32F103RB
В STM32F103RB используется новейшее ядро ARM Cortex – M3 с высокой скоростью работы, высокой пропускной способностью и богатым внешним интерфейсом. Из – за его низкой цены и сильного контроля, вычислительных характеристик, широко используется в управлении двигателем. Его конкретные показатели производительности следующие: 1) Рабочая частота: до 72 МГц; Диапазон рабочих температур: от – 40 до + 85°C; Широковольтное питание: 2,0 – 3,6 В; 2) 128 кбайт флэш – памяти и 16 кг. SRAM; 3) 12 – битный 16 – канальный AD – преобразователь имеет функцию двойного отбора проб и удержания с минимальным временем преобразования 1 мкс. 4) 3 16 – битных универсальных таймера, каждый из которых имеет до 4 каналов для сравнения ввода – захвата / вывода / PWM или импульсного выхода; Один 16 – разрядный блок управления с мертвой зоной для аварийного торможения для усовершенствованного таймера управления PWM с управлением двигателем.
2 Принцип драйвера сегментации
Как правило, двухфазный шаговый привод делится на два типа: однополярный и биполярный привод, однополярный привод подходит для 6 – проводного двигателя, такой метод привода равен преобразованию двухфазного двигателя в четырехфазный двигатель, дефект шага уменьшается с поверхности, на самом деле, за счет момента перетаскивания двигателя, так что пропускная способность двигателя будет значительно снижена.

Биполярный привод в основном предназначен для двухфазного четырехпроводного (или восьмипроводного) двигателя, общий механический шаг шага составляет 50 зубчатых 1,8 ° (также может быть 100 зубчатых 0,9 ° дороже), поэтому технология дифференциального привода в основном путем ступенчатого управления фазовым током шагового двигателя, так что двигатель работает под меньшим углом шага, тем самым уменьшая шаг и низкочастотные колебания.
Идея дробного привода заключается в том, чтобы изменить первоначальный простой процесс выключения тока ротора на постепенное изменение размера и направления тока каждой фазовой обмотки, так что пространственное синтетическое магнитное поле внутри двигателя постепенно меняется, так что первоначальный способ включения шага может быть изменен на ступенчатую волну, которая следует за током, в многоступенчатую. Конкретные расчеты производятся следующим образом:
Момент Т в общем случае может быть выражен следующим образом:

gooxian – вращающий момент Т
Постоянная пропорциональности КТ в идеальном состоянии, тета – электрическое угловое положение ротора.
Если угловой момент двухфазного шагового двигателя характеризуется синусоидальной волной, то в обмотку включается следующий ток:

gooxian – Электрический ток
Бета – электрический угол, который двигатель хочет определить.
Превращение формулы (2) в подстановку (1), тогда

gooxian – Формула
Таким образом, можно видеть, что двухфазный гибридный шаговый двигатель подразделяется на управление размером тока в двухфазной обмотке. В идеальном состоянии магнитное поле внутри двигателя представляет собой вращающееся магнитное поле в круглом пространстве, так что шаговый двигатель вращается в соответствии с синхронным двигателем переменного тока. Идеальным током для фазы AB является синусоидальная волна, и, как правило, синусоидальная волна имитируется ступенчатой волной для достижения эффекта управления амплитудой постоянного момента. Размер крутящего момента определяется вектором синтетического магнитного поля, то есть угол между двумя соседними синтетическими магнитными полями делится на шаг.
Всякий раз, когда бета изменяется на один градус, шаговый двигатель проходит электрический угол 1 / 360, например, общее управление сегментом 8, тогда шаг беты равен π / 16. Таким образом, чтобы реализовать управление разделением постоянного крутящего момента двухфазного гибридного шагового двигателя, в двухфазной обмотке двигателя требуется двухфазный ток, который изменяется по синусоидальному закону и отклоняется друг от друга на 90 ° фазы, чем меньше лестница, тем ближе к синусоидальной волне, тем меньше угол шага, тем лучше эффект разделения.
gooxian – шаговый двигатель
3. Системный аппаратный дизайн
Аппаратная часть приводной системы STM32F103RB состоит в основном из входного конца сигнала, входного конца питания, модуля питания, приводного модуля MOSFET, модуля H – Bridge и модуля усиления отбора проб. Общее аппаратное обеспечение показано на диаграмме 3.

gooxian – Структура аппаратных систем

3.1 Входные сигналы