机电一体化毕业设计(步进电机控制系统设计)

传统的电流控制方法检测流过绕组的电流，将反馈信号发送到控制芯片，然后控制芯片决定增加还是减小绕组电流以获得所需的电流强度。这种控制方法可使电动机在较宽的速度范围和较宽的电源电压下保持理想的转矩，从而使其非常适合于驱动全步进和半步进电动机，并且易于实现。

闭环控制电路将电流提供给绕组。反电动势（BEMF）降低了绕组电压并延长了电流达到理想值的时间，因此反电动势限制了电动机的速度。系统不需要知道反电动势值，但是如果您不注意此值并对其进行修改，则会影响系统性能。

由于峰值电流会由于电源电压的变化而大幅波动，因此到目前为止，工程师们仍在尝试避免使用电压控制方法。工程师还希望避免反电动势随电动机速度增加而上升的问题。

在这种情况下，业界已经出现了可以补偿反电动势的智能电压控制系统。这种驱动方法使电动机运行更平稳，并且具有更高的微步分辨率，使其成为对高精度定位和低机械噪声有严格要求的应用的理想选择。电压控制是开环控制。当将正弦电压施加到电机相位时，机电系统会反馈正弦电流。

数字方法可用于补偿反电动势和峰值电流的变化。记忆完电动机的确切特性（电动机电感速度曲线，反电动势速度曲线，电动机电阻）后，计算并施加电压以获得理想的电流值。

电压控制方法是向电动机施加电压，而不是施加恒定电流。施加的电压值可以补偿并完全消除反电动势的影响，并且由于电动机速度的提高，施加电压的增加速率与反电动势的增加速率相同。当前幅度与速度的曲线是平坦的。知道所需电流后，就可以确定要施加电流所需的确切电压值。因此，电流受电压间接控制，如图1所示。

图1：反电动势（BEMF）补偿

电压控制还可以节省分流电阻，并实现高微步分辨率和非常低的转矩纹波。实际上，意法半导体（STMicroelectronics）的L6470已实现多达128个步的微步控制。

此数字电动机控制驱动器的核心是数字运动引擎（DME），它可以减少微控制器的资源使用。

数字运动控制引擎由诸如绝对位置请求之类的运动命令控制，并驱动电动机根据预设的速度曲线边界运动。完整的命令集包括相对位置和绝对位置（达到目标位置），速度跟踪（达到并保持目标速度）和电机停止顺序，以及用于管理机械位置传感器的特殊命令。图2显示了一些上述命令。

图2：动作命令

控制器通过具有菊花链功能的高速SPI总线接口与主微控制器通信。

如图3所示，通过串行接口，微控制器可以管理多个控制器来控制多个步进电机。

图3：SPI接口菊花链拓扑