PWM控制步进电机的设计和实现基于32位Arm处理器皮层

Reenu乔治¹Manoj G²,美国Kanthalakshmi³

电气电子工程系助理教授,Mar亚大纳西工程学院Kothamangalam,印度
科学家,国家物理海洋实验室,国防研究与发展组织,高知县,印度
仪表和控制工程系副教授,PSG技术学院Tamilnadu、印度哥印拜陀

文摘

本文描述了微步进电机驱动的设计和实现,两相混合式步进电机的控制系统。LM3S6965的arm处理器的基础上,本文提出了一个细分方法的步骤为步进电机微步所需数量的步骤来提高定位精度。正弦/余弦微步方法是用于调整当前在每一个步进电机的绕组。本文描述了电机的运行速度不同每旋转通过改变样品的数量和位置控制样本的数量。实验表明,该系统控制步进电机可以稳定可靠地使用

关键字

步进电机微步,arm处理器,控制系统,LM3S6965。

I.INTRODUCTION

步进电机是将电脉冲转换成离散机电设备机械运动。由于其精度、鲁棒性和可靠性,他们有一个广泛的应用在机器人和计算机外围设备。步进电机的精度和性能标准可以使用分割增强技术[1]。在微步驱动,一个完整的步骤分解成许多离散步骤通过持续不同的绕组中通过的电流。可听噪声由于不连续步进和共振效应可以减少微步。增加转子位置分辨率可以通过微步。所有步进模式源于正弦模式通过调整驾驶的粒度正弦波[2]。完整的步骤和半步由90度和45度分别为一个正弦波周期。在微步,电动机基本步骤(1.8度)分为若干步骤通过脉冲宽度调制(PWM)技术。许多微控制器可用于控制步进电机,如80 c196mc, AT89C51单片机和PIC微控制器。然而,根据控制算法的复杂性(即。, microstepper and current limiting), it can be advantageous to choose a microcontroller with selected peripherals that will take care of most of the stepper motors overhead [3]. The arm cortex processor provides a high performance, low-cost platform that meets the system requirements of minimal memory implementation, reduced pin count, and low power consumption, while delivering outstanding computational performance and exceptional system response to interrupts. The LM3S6965 arm processor is targeted for industrial applications, including remote monitoring, test and measurement equipment, network appliances and switches, factory automation, HVAC and building control, gaming equipment, motion control, medical and instrumentation [4]. The LM3S6965 controller contains three generator blocks and generates six independent PWM signals or three paired PWM signals with deadband delays inserted. In the proposed work, PWM signals and motor controls are generated with LM3S6965 arm processor.

二世。微步驱动

微步是一个步进电机技术,控制电机绕组中的电流,在步骤的数量可以增加通过操作电流控制器发送给电动机在每一步和共振问题可以减少使用微步一步率低。微步模式,它由正弦和余弦波的形式,用于驱动混合步进电机代替离散脉冲[5]。正弦和余弦等效脉冲宽度调制(PWM)脉冲生成使用LM3S6965使司机。在这个方案中,正弦余弦波应用于两相双极步进电机绕组。正弦/余弦波得到了不同比例的责任周期的正弦和余弦值。PWM脉冲的脉冲宽度正比于正弦和余弦值。方案,1440个样本的正弦值为0.25度增量存储在一个数组中,缩放因子的PWM周期。这些正弦值是用来设置PWM信号的脉冲宽度。四个正弦脉宽调制信号,反正弦,余弦和反余弦生成样本如下

正弦示例=比例因子*(1 +罪(π/ 180 *学位))(1)

反正弦示例=比例因子* (1-sin(π/ 180 *学位))(2)

余弦示例=比例因子* (1 + cos(π/ 180 *学位))(3)

反余弦函数示例=比例因子* (1-cos(π/ 180 *学位))(4)

PWM信号反向和司机给h桥,正弦和反正弦给一只手臂的运动和其他的手臂cos和反余弦。图1显示了生成PWM驱动启动信号。

三世。硬件设计

与LM3S6965微步驱动程序的框图如图2所示。

使用基于LM3S6965驱动程序包括两相双极步进电机stp -地铁- 23055 (D), 26 ls31微分线路驱动器,IR2110 MOSFET驱动程序,和双h桥。产生的PWM信号补充使用26 ls31四高速差分线路驱动器。从微分线路驱动器控制信号是联储IR2110高和低侧MOSFET驱动程序和IR2110驱动功率MOSFET控制绕组的电流。Hbridge电路包含四个MOSFET为每个阶段的运动[6]。h桥是用来切换当前阶段的电动机。步进电机的驱动电路为一个阶段是如图3所示。

实验设置驱动两相步进电机使用LM3S6965如图4所示。

第四,位置和速度控制逻辑

步进电机是由PWM控制信号。PWM信号驱动电机旋转一个固定的角度按照设置方向和控制角位移量通过控制脉冲的数量[7]。数量的旋转的脉冲数成正比,转速与脉冲频率成正比。在提出的控制方案,三个开关,一个用于速度控制,两个方向控制,由单片机读取。正向和反向的方向是通过交换来实现PWM信号的阶段。恒定的PWM信号给电机。表1显示了开关控制方向。

不同的速度是通过改变脉冲频率来实现的。方案,速度是不同的样本的数量在一个周期产生PWM信号。大样本的数量,将速度较小。样本增加将为不同速度是不同的,这是由速度控制开关。电机旋转的固定数量的在正向和反向旋转的方向。为一个旋转速度不同的脉冲数计算使用以下方程。

一圈的脉冲数/旋转/样本增加x 360 =基本步骤(5)

图5显示了主程序流程图的速度、方向和位置控制。当中断对PWM发生器,产生PWM脉冲。默认条件电机控股状态。数量的脉冲为一个特定数量的旋转被选中。电机的速度改变了控制开关,通过阅读这样品增量变化。电机的方向设置通过阅读两个控制开关。固定数量的旋转的电机旋转方向选择仍然保持状态,直到下一个命令。

诉的结论

在目前的工作,微步技术,由正弦/余弦波,是用来代替离散脉冲驱动步进电机。微步驱动程序基于LM3S6965适用于中小微步汽车,因为它可以实现高分辨率微步。电机控制特定数量的旋转方向和速度要求是通过不同的脉冲数和脉冲频率。实验显示,平稳运行,精度高、快速反应和被研究的系统的稳定。

引用

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