1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 雙步進電機同軸聯(lián)接及驅動裝置的設計 摘 要：針對單個步進電機的轉矩與驅動功率缺陷問題，提出一種雙步進電機同軸聯(lián)接及驅動的創(chuàng)新設計方法并得到了成功應用。該相關技術已獲中國國家，本文給出了MCS-51單片機控制的硬件、軟件設計實例。 0 引言 步進電機被廣泛應用于機器人、機械手、打印機及智能儀器儀表中。在某些使用過程中，單個步進電機不能滿足執(zhí)行機構所要求的轉矩，且單片功率驅動器IC(集成電路)不能提供大轉矩求的驅動功率。雙步進電機同軸聯(lián)接及驅動裝置的創(chuàng)新技術成功地解決了上述問題。 1 步進電機及控制驅動原理 步進電機區(qū)別于其他控制電機，其特點是通過輸入脈沖信號來開展

2、控制，步進電機的驅動原理是通過它每相線圈中的電流的順序切換來使電機作步進式旋轉，每輸入一個有規(guī)律的脈沖信號，步進電機就轉動一個固定的角度，總轉動角度由輸入脈沖個數(shù)決定，步進電機的轉速由脈沖信號頻率決定。 本文中采用了*微電機廠生產(chǎn)的SB-2P 型步進電機(額定電壓:-24V； 額定電流:0.2A；額 定步距:3；相數(shù):3 相)。步進電機的線圈繞組原理如圖1 所示。若以3 相3 拍方式工作，則通電 次序為： 這種3 相3 拍的通電次序在脈沖換接時,一相繞組斷電后另一相繞組才開始通電,這樣在電源換接 時步進電機容易出現(xiàn)失步或在平衡位置產(chǎn)生振蕩,定位精度不高。為了改善度進電機的運行性能,驅 動方式采

3、用3 相雙3 拍或3 相6 拍方式。以3 相雙3 拍方式工作的通電相序如下表1 所示。 2 雙步進電機同軸聯(lián)接及驅動的設想 2.1 雙端軸、單端軸的雙步進電機同軸聯(lián)接 雙端軸即每個步進電機的兩個端面都有電機軸，圖2 為這種類型的雙步進電機同軸聯(lián)接的構造 示意圖。將兩個步進電機同軸聯(lián)接后，可實現(xiàn)轉矩的倍增。需要注意的是，要求必須采用同樣型號、 同樣參數(shù)的相同步進電機，且電機軸必須同軸心。 對于單端軸雙步進電機的同軸聯(lián)接，可參照圖3 給出的構造示意圖。 2.2 雙步進電機同軸聯(lián)接的驅動 步進電機與其他交流電機不同，僅僅接上電源是不能滿足工作要求, 即使輸入了脈沖信號，還 必須連接相應的驅動器才能工

4、作。要同時驅動兩個同軸聯(lián)接的步進電機，通常單片功率驅動器IC（集 成電路）不能提供大轉矩所要求的驅動功率，為此，采用了多片驅動器IC 層疊并聯(lián)的技術。它是將 多片同廠家、同型號、同參數(shù)、同批生產(chǎn)的驅動器IC 芯片逐一層疊并聯(lián)并按引腳號一一對應焊接而 實現(xiàn)，可在不增加硬件電路板面積的根底上使驅動功率多倍增加。 3 硬件軟件設計實例 3.1 硬件設計 圖4 為雙步進電機同軸聯(lián)接及驅動的硬件原理圖。8051 的P1.0、P1.1、P1.2、口輸出控制步進 電機的脈沖信號，分別對應連接到三片層疊并聯(lián)的1413IC 的IN1、IN2、IN3，通過反相驅動，OUT1、 OUT2、OUT3 分別對應連接到1

5、#、2#步進電機的 1、2、3，實現(xiàn)對雙步進電機的驅動。 本例中步進電機的每相額定電流為0.2A，則兩個步進電機的相額定電流為： 0.2A20.4A (1) 由相關資料查得MC1413 反相驅動器每級的電流為0.5A。 由于驅動器在使用時不能長時間 工作在驅動電流狀態(tài)，應選同時驅動兩個步進電機的相額定驅動電流為： 0.2A220.8A (2) 由上式(2)可知，一片MC1413 反相驅動器（每級的電流為0.5A0.8A）不能滿足對雙步進 電機同時驅動的要求，為了滿足上述要求并留有較大余地，故采用三片1413IC 層疊并聯(lián)。 MC1413 IC 中的二極管起到對步進電機線圈中的反電勢的釋放作用，以保護步進電機和驅動器IC 不受損壞。 R1-R3 為限流電阻，R4-R9 為上拉電阻。 3.2 軟件設計 下述程序采用MCS-51 匯編語言程序實現(xiàn)對兩個同軸聯(lián)接步進電機(雙端軸)的控制，程序啟動后 步進電機旋轉 256*3 拍(768 步)停止。程序如下： 由表1 可知，對于單端軸同軸聯(lián)接雙步進電機的控制，其軟件控制程序不變，只需將其中一個 步進電機的B(2)、C(3) 相開展相互對調(diào)。 5 結束語 該項設計已獲國家，并已成功的應用于步進電機遙控示教儀和單片機控制