3.2 系統(tǒng)電源

驅(qū)動系統(tǒng)的電源由一個外部輸入的24～48V的直流電源輸入接線端，然后通過BUCK降壓芯片至5 V為內(nèi)部光耦、比較器和運放供電，然后將5 V通過LDO降至3.3 V給MCU供電，這樣MCU能獲得相對干凈的電源。另一路外部電源經(jīng)過電阻分壓，產(chǎn)生一個15 V電源用于MOSFET驅(qū)動芯片IR2010的供電。

3.3 驅(qū)動電路

MOSFET驅(qū)動部分采用IR公司的IR2101S驅(qū)動芯片來驅(qū)動雙H橋，從而靠雙H橋來控制一個四線制步進電機。IR2101是IR公司生產(chǎn)的一款高性價比驅(qū)動器，使用方法非常簡單，性價比高，能輸出100～210 mA電流。IR2101驅(qū)動器可驅(qū)動一組功率管，整個功率電路需4片即可，這樣不但節(jié)約制造成本，而且還提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。其驅(qū)動電路如圖4所示。

3.4 電流檢測和過流保護

本系統(tǒng)使用采樣電阻來采集經(jīng)過H橋(即電機的定子電流)。此處采樣電阻阻值比較大時，會使電阻分壓過大，造成H橋的低端電壓高于地電壓，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而阻值太小又會使信號過小影響檢測精度，所以本系統(tǒng)選用0.1Ω電阻作為采樣電阻。然后經(jīng)過LMV358放大后，成為0～3 V的電壓信號，在經(jīng)過一個跟隨器后，進入MCU片上AD，進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，放大后的信號還連接一個比較器用于過流保護。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件主程序框圖如圖5和圖6所示，圖5為主程序軟件框圖，圖6為ADC中斷軟件流程圖。

主程序處于死循環(huán)狀態(tài)，每次外部信號Enable后，就會鎖存外部的控制頻率，方向，限流值，細(xì)分度等信號，然后進行內(nèi)部參數(shù)初始化，等待刷新定時器計時完畢后就開始按照計時中的ADC中斷及定時器中斷完成的參數(shù)計算進行調(diào)節(jié)位置和速度。

其中ADC在每個PWM的上升沿觸發(fā)，采樣兩相電流進行處理，并且將其送給PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)PWM占空比，并且每次都會與限流值進行比較，一旦電流超過限流值，則自行執(zhí)行脫機。這些程序在中斷中完成，可以是系統(tǒng)更具有實時性。另外，每次走完一個階梯的波形后，程序?qū)⒂|發(fā)timer3計數(shù)器，進行細(xì)分步數(shù)的計算，從而快的調(diào)整個周期的細(xì)分?jǐn)?shù)。Timer3程序流程圖如圖7所示。

電機的細(xì)分步數(shù)為每次Enable之后方能調(diào)整，而細(xì)分值表則由計算好的正余弦參數(shù)存于MCU Flash中。

5 結(jié)論

本系統(tǒng)采用電流實時采樣并進行PI調(diào)節(jié)，使兩相混合式步進電機的恒轉(zhuǎn)矩運行，真正達(dá)到了電流矢量不變控制，在測試中能夠有效的降低低頻振蕩，并且，在16細(xì)分的狀態(tài)下控制工作，大幅度的減小了噪聲和阻尼振蕩，是一種有效的控制步進電機的手段。