專利名稱：一種全數(shù)字三相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種數(shù)字式電機(jī)驅(qū)動裝置，特別是涉及一種數(shù)控機(jī)床行業(yè)中三相混合式步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動裝置。
背景技術(shù)：
三相混合式步進(jìn)電動機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成響應(yīng)角位移或者線位移的機(jī)電元件，每當(dāng)輸入一個脈沖，電機(jī)便運行一步。作為數(shù)字執(zhí)行元件，步進(jìn)電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，不具有累積誤差的特點，主要采用開環(huán)控制。但步進(jìn)電機(jī)也有其固有的缺陷，如低速震動大，高速輸出電磁轉(zhuǎn)矩小等等。傳統(tǒng)的三相混合式步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動控制方式一般采用單電壓驅(qū)動、高低壓驅(qū)動、斬波恒流驅(qū)動或者調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動。這些控制方式均有其優(yōu)點，但都不能很好的緩解步進(jìn)電機(jī)的固有缺陷?！?br> 發(fā)明內(nèi)容為解決上述問題，本實用新型的目的在于提供一種能較好緩解步進(jìn)電機(jī)固有缺陷，并提供良好操作界面的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動裝置。該驅(qū)動裝置是一種全數(shù)字式控制裝置，能夠接收上位機(jī)發(fā)送的控制信號，并根據(jù)控制信號對步進(jìn)電機(jī)做相應(yīng)的控制。該驅(qū)動裝置有良好的人機(jī)交互接口，用戶可根據(jù)實際情況調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置參數(shù)，達(dá)到最佳的控制性能。本實用新型為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種全數(shù)字三相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動裝置，其特征在于，所述的驅(qū)動裝置包括主電源模塊、輔助電源模塊、電流采樣模塊、智能功率模塊IGCM15F60GA、主控運算單元tms320f28030、按鍵顯示單元和存儲器；其中，所述的tms320f28030輸出PWM信號，IGCMl5F60GA接收tms320f28030輸出的PWM信號，輸出三相正弦交流電源驅(qū)動三相混合式步進(jìn)電機(jī)；IGCMl5F60GA的輸出端設(shè)置電流采樣模塊。所述的驅(qū)動裝置中，主控運算單元采用tms320f28030，智能功率模塊(IPM)采用IGCM15F60GA。通過接收控運算單元tms320f28030輸出的PWM信號，IGCM15F60GA實現(xiàn)直流主電源轉(zhuǎn)換為三相正弦交流電源，對三相混合式步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動。所述的tms320f28030通過ADC (數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊)連接電流采樣模塊，通過SPI (串行外設(shè)接口)連接存儲器進(jìn)行參數(shù)及電機(jī)位置保存，通過QEP (正交編碼脈沖電路)連接上位機(jī)進(jìn)行信號接收，通過I/O 口連接按鍵顯示單元進(jìn)行按鍵與顯示處理。所述的主電源模塊輸入市電，向智能功率模塊和輔助電源模塊輸出直流主電源。主電源模塊由不可控單相整流橋和濾波電容組成。采用不可控整流，通過大電容濾波得到比較平穩(wěn)的直流電壓。所述的輔助電源模塊為控制模塊和智能功率模塊提供所需工作電壓。輔助電源為反激式開關(guān)電源，為滿足各個模塊所需電壓等級不同，開關(guān)電源設(shè)計為多路輸出，其輸出電壓等級為+5V, +15V，-15V。[0011]所述的電流采樣模塊包括智能功率模塊輸出端上的采樣電阻、隔離差分放大電路。電流采樣模塊采樣驅(qū)動裝置的輸出電流，并對其作出相應(yīng)的移位放大處理，為控制模塊進(jìn)行電流采樣做好前級準(zhǔn)備。本實用新型的驅(qū)動裝置中，控制模塊的核心采用tms320f28030，為一種DSP芯片。該芯片實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)采集、處理與輸出該芯片通過對輸出電流采樣，實現(xiàn)電流閉環(huán)控制；該芯片接收上位機(jī)信號，對步進(jìn)電機(jī)位置和速度進(jìn)行精確的控制；該芯片與存儲器通訊，實現(xiàn)參數(shù)及電機(jī)位置的保存；該芯片還檢測按鍵和控制數(shù)碼管的顯示，實現(xiàn)友好人機(jī)交互接□。所述的驅(qū)動裝置，tms320f28030采用細(xì)分和SVPWM相結(jié)合的控制技術(shù)，實現(xiàn)電流閉環(huán)控制。本實用新型的全數(shù)字三相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動裝置，采用細(xì)分驅(qū)動技術(shù)，通過按 鍵修改細(xì)分?jǐn)?shù)，從理論上可以實現(xiàn)任意細(xì)分，與傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動技術(shù)相比，較好的緩解了步進(jìn)電機(jī)的固有缺陷。良好的人機(jī)界面，既加快了生產(chǎn)調(diào)試過程，又給用戶提供了一種方式可以根據(jù)實際情況調(diào)節(jié)參數(shù)實現(xiàn)驅(qū)動裝置的最佳性能。主控運算單元采用廉價芯片實現(xiàn)，成本低廉，滿足了數(shù)控系統(tǒng)中低端應(yīng)用場合的需求。本實用新型的全數(shù)字三相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動裝置還可提供多種控制方式，用戶可根據(jù)自己需要，進(jìn)行相應(yīng)的選擇。下面結(jié)合具體實施例對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)描述。本實用新型的保護(hù)范圍并不以具體實施方式
為限，而是由權(quán)利要求加以限定。

圖I全數(shù)字三相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動裝置的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖。圖2輔助電源模塊電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖3本實用新型的驅(qū)動裝置中PWM中斷程序流程圖。
具體實施方式
根據(jù)本實用新型的全數(shù)字三相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動裝置，參見圖I、圖2和圖3。所述的驅(qū)動裝置從功能上主要分為兩大部分功率部分和控制部分。功率部分將市電轉(zhuǎn)化為三相混合式步進(jìn)電機(jī)所需的三相交流電，并為控制部分正常工作提供輔助電源。控制部分通過PWM脈沖信號對功率部分實施控制，使驅(qū)動裝置輸出三相混合式步進(jìn)電機(jī)所需的電壓和頻率。參見圖I，所述功率部分是強電部分，主要包括主電源、輔助電源和智能功率模塊。主電源模塊為智能功率模塊提供主電源，并為輔助電源供電，是一個直流電壓。本實用新型的驅(qū)動裝置采用不可控單相整流橋和大電容濾波實現(xiàn)。所述的不可控單相整流橋把單相220V交流電轉(zhuǎn)換為直流電壓，并通過大電容濾波轉(zhuǎn)換為較為平穩(wěn)的直流電壓。參見圖2，所述的輔助電源模塊采用反激式開關(guān)電源實現(xiàn)，其輸出電壓為+5V，+15V和-15V。主要組成部分包括變壓器、功率開關(guān)管、整流濾波電路和反饋控制電路。所述的輔助電源模塊中，輸入的主電源經(jīng)過變壓器變壓后，經(jīng)整流濾波輸出平穩(wěn)直流電壓。所述的反饋控制電路由控制芯片T0P224、TL431和光藕構(gòu)成，TL431和光藕構(gòu)成反饋電路，把開關(guān)電源輸出電壓波動放大輸出給T0P224，T0P224接收反饋信號并輸出PWM信號，控制功率開關(guān)管導(dǎo)通占空比，實現(xiàn)輔助電源輸出電壓穩(wěn)定。所述的智能功率模塊把主電源轉(zhuǎn)換為所需的三相交流電壓。智能功率模塊采用IGCM15F60GA，接收通過光藕隔離的PWM信號，控制內(nèi)部三相整流橋中MOSFET開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷。通過不同MOSFET開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷的組合，輸出不同頻率和幅值的電壓。所述的智能功率模塊的輸出電流經(jīng)過電阻采樣，為控制電路部分的電流采樣部分做前級準(zhǔn)備。參見圖I，所述的控制部分分為電流采樣模塊、主控運算單元、上位機(jī)、參數(shù)及電機(jī)位置保存單元(存儲器)和按鍵顯示單元。所述的控制部分通過電流采樣、主控運算單元和PWM輸出實現(xiàn)電流閉環(huán)控制。所述的電流采樣通過采樣電阻采樣電流，再經(jīng)過線性光藕轉(zhuǎn)換采樣電阻上的電壓，經(jīng)過集成運算放大器放大移位后送給主控運算單元的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊(ADC)。輸入數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的電壓為(Γ3. 3V，I. 65V代表OA電流，OV和3. 3V分別代表負(fù)的最大電流和正的最大 電流。所述的主控運算單元為tms320f28030，采用細(xì)分和SVPWM相結(jié)合的控制技術(shù)，實現(xiàn)電流閉環(huán)控制。其PWM中斷程序流程參見圖3，首先，所述的主控運算單元根據(jù)電流采樣電路所得的電流值和當(dāng)前的相位角，經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)d-q軸電流解藕。解藕后的電流值與參考值的誤差經(jīng)過PID調(diào)制器調(diào)制，調(diào)制后的值經(jīng)過SVPWM運算，輸出相應(yīng)占空比的PWM波。PWM波由74HCT245電平匹配和光藕隔離后，輸入智能功率模塊。在控制部分，tms320f28030通過ADC模塊連接電流采樣模塊，通過SPI連接存儲器進(jìn)行參數(shù)及電機(jī)位置保存，通過QEP連接上位機(jī)進(jìn)行信號接收，通過I/O 口連接鍵盤及顯示器進(jìn)行按鍵與顯示處理。上位機(jī)通訊接口接收上位機(jī)的信號及位置脈沖指令，與主控運算單元的QEP接口連接，實現(xiàn)了上位機(jī)控制驅(qū)動裝置，驅(qū)動裝置控制步進(jìn)電機(jī)的控制策略。所述的參數(shù)及電機(jī)位置保存單元為一個外部存儲器，與主控運算單元的SPI接口連接，實現(xiàn)了參數(shù)及電機(jī)位置的保存。所述的按鍵顯示單元由4個按鍵和4個七段數(shù)碼顯示管組成。所述的主控運算單元通過I/O 口發(fā)送高低電平，經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換芯片后，控制4個七段數(shù)碼顯示管的顯示，4個七段數(shù)碼顯示管采用輪流刷新顯示模式。4個按鍵輸出的高低電平經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換芯片輸入主控運算單元I/O 口，所述的主控運算單元采樣I/O 口的高低電平，進(jìn)行相應(yīng)控制。所述的驅(qū)動裝置中，通過硬件和軟件設(shè)置多種報警，主要有功率模塊報警、硬件過流報警、軟件過流報警、主電路欠壓報警和主電路過壓報警。采用本實用新型的全數(shù)字三相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，具有良好的控制性能和友好的人機(jī)接口，用戶可以根據(jù)實際情況調(diào)節(jié)參數(shù)以達(dá)到最佳性能，主控運算單元采用廉價芯片就可實現(xiàn)，成本低廉，滿足了數(shù)控系統(tǒng)中低端應(yīng)用場合的需求。
權(quán)利要求1.一種全數(shù)字三相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動裝置，其特征在于所述的驅(qū)動裝置包括主電源模塊、輔助電源模塊、電流采樣模塊、智能功率模塊IGCM15 F6 O GA、主控運算單元tms320f28030、按鍵顯示單元和存儲器；其中，所述的tms320f28030輸出PWM信號，IGCMl5F60GA接收tms320f28030輸出的PWM信號，輸出三相正弦交流電源驅(qū)動三相混合式步進(jìn)電機(jī)；IGCMl5F60GA的輸出端設(shè)置電流采樣模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全數(shù)字三相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動裝置，其特征在于所述的tms320f28030通過ADC連接電流采樣模塊，通過SPI連接存儲器，通過I/O 口連接按鍵顯示單元，并通過QEP連接上位機(jī)接收信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全數(shù)字三相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動裝置，其特征在于所述的主電源模塊由不可控單相整流橋和濾波電容組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全數(shù)字三相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動裝置，其特征在于所述的輔助電源模塊為反激式開關(guān)電源，提供±15V、+5V和P15V四路直流電源。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全數(shù)字三相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動裝置，其特征在于所述的電流采樣模塊包括智能功率模塊輸出端上的采樣電阻和隔離差分放大電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全數(shù)字三相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動裝置，其特征在于所述的按鍵顯示單元由4個七段數(shù)碼管和4個按鍵組成。
專利摘要本實用新型公開了一種全數(shù)字三相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動裝置，所述的驅(qū)動裝置以tms320f28030作為主控單元，以IGCM15F60GA為逆變橋，以多路輸出反激式開關(guān)電源作為輔助電源，以數(shù)碼管和按鍵作為人機(jī)交互接口；所述的主控單元包含ADC采樣、PWM輸出、SPI輸出傳輸和QEP脈沖接收。本實用新型的全數(shù)字三相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動裝置控制性能良好，成本低廉，有友好的人機(jī)交互接口，內(nèi)部可設(shè)置多種報警，滿足中低端應(yīng)用場合的需求。
文檔編號H02P8/00GK202713218SQ20122044080
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月1日
發(fā)明者李浙魯 申請人:南京華興數(shù)控技術(shù)有限公司