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F448步进电机(小功率2相4线式)驱动应用参考

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1 步进电机的电机模型可以看做两个相互正交的绕组,通常采用全步工作方式和半步工作方式;通过改变两个绕组的电流分别产生每次旋转90°和45°的旋转磁场。磁场旋转一周,步进电机步进一个齿距;存在的问题:此种简易的控制方式由于步进角度过大,步数少,低速时有较明显的步进感觉,容易引起低频震动并产生较明显的运转噪音。
2 基于双H桥逆变器拓扑结构设计一种上下桥臂互补导通、对角桥臂同时导通的控制方式,结合双H桥逆变器的空间电压矢量脉宽调制方法输出PWM;分别控制二相混合式步进电机的两个绕组,施加相互正交的电流形成合成磁场;实现恒力矩输出并附带微步细分的运行效果,使二相混合式步进电机在全速度域内静音低震动运行;
3 理论推导:






N依次取值0~4M,θ从0°逐渐步进至360°,等效磁场旋转一个电气圈则可得到相应的AB绕组各自的电流值;根据电机实际运行所需要的细分级数M,在0到最大相电流之间按正弦规律等分为M-1个稳定的中间电流状态;并将每个步进状态对应的正余弦数值存入数组中;
     硬件上基于双H桥逆变器拓扑结构,采用上下桥臂互补导通、对角桥臂同时导通的控制方式,结合双H桥逆变器的空间电压矢量脉宽调制方法输出PWM至电机预驱,达到分别控制A相和B相的电流的目的。另外,在相电流达到细分点时需要控制电流进行衰减,否则就会出现角度过冲也就无法准确的停留在细分角度上。根据电机的速度不同,选择的衰减模式不同。高速时快衰减、低速时慢衰减。高速时慢衰减会出现震动大、噪音高等问题。低速时选择快衰减就会导致电机扭矩不足而出现定位不准。电机控制MCU的电流衰减具体实现是H桥开关管的控制模式。慢衰减时高侧管关闭,快衰减时高低侧管都关闭。

4 软硬件参考详见附件,欢迎留言探讨;


F448 single stepper.zip

1.88 MB

F448 stepper V1.pdf

480.5 KB

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沙发
tpgf| | 2024-7-3 09:13 | 只看该作者
步进电机都是两个绕组吗  有米有可能是其他数量的啊

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板凳
wowu| | 2024-7-3 13:21 | 只看该作者
步进电机的步幅大小是通过什么控制的呢

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地板
xiaoqizi| | 2024-7-3 13:53 | 只看该作者
力矩的大小是一直在变化的 会不会在控制的过程中造成不停地抖动呢

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5
木木guainv| | 2024-7-3 14:30 | 只看该作者
pwm输出频率越高 是不是控制的能力就越高啊

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6
晓伍| | 2024-7-3 18:00 | 只看该作者
2相4线的话每一步走过的角度是多少呢

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7
磨砂| | 2024-7-3 19:00 | 只看该作者
双H桥和单H桥的优缺点都是什么呢

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8
liangzhou1988|  楼主 | 2024-7-11 15:49 | 只看该作者
tpgf 发表于 2024-7-3 09:13
步进电机都是两个绕组吗  有米有可能是其他数量的啊

步进电机可能会有多相的,但本例程是以2相4线式为例

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9
liangzhou1988|  楼主 | 2024-7-11 16:03 | 只看该作者
晓伍 发表于 2024-7-3 18:00
2相4线的话每一步走过的角度是多少呢

没有细分的话,走一步是1.8°,200步一个整机械圈

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10
liangzhou1988|  楼主 | 2024-7-11 16:04 | 只看该作者
木木guainv 发表于 2024-7-3 14:30
pwm输出频率越高 是不是控制的能力就越高啊

是;但是步进电机一般都有响应上限,不宜太高

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11
liangzhou1988|  楼主 | 2024-7-11 16:05 | 只看该作者
xiaoqizi 发表于 2024-7-3 13:53
力矩的大小是一直在变化的 会不会在控制的过程中造成不停地抖动呢

通过A B 相电流分别按照余弦和正弦规律分配,最终形成的合成力矩可以保持恒定;

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12
suncat0504| | 2024-7-30 20:23 | 只看该作者
步进电机的步距能通过程序控制吗?不是由步进电机的结构固定了吗?

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13
liangzhou1988|  楼主 | 2024-11-14 12:45 | 只看该作者
suncat0504 发表于 2024-7-30 20:23
步进电机的步距能通过程序控制吗?不是由步进电机的结构固定了吗?

步距角是结构固定的,但是通过特定算法,在步距角内依然可以实现多级细分。

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14
liangzhou1988|  楼主 | 2024-11-14 12:46 | 只看该作者
磨砂 发表于 2024-7-3 19:00
双H桥和单H桥的优缺点都是什么呢

没有优劣之分,具体看主控能输出的波形形态;

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15
suncat0504| | 2024-11-15 09:46 | 只看该作者
liangzhou1988 发表于 2024-11-14 12:45
步距角是结构固定的,但是通过特定算法,在步距角内依然可以实现多级细分。 ...

厉害了

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