[发明专利]一种定频PWM全桥式电机微步细分驱动控制方法及电路

说明书

一种定频PWM全桥式电机微步细分驱动控制方法及电路，首先将太阳帆板驱动机构所使用步进电机的自然步距细分为微步，然后令控制线路的D/A转换电路产生步进电机绕组电流参考正余弦信号、微处理器产生相序信号，将参考正余弦信号、相序信号送至驱动线路，使得步进电机两相绕组逼近正弦函数、余弦函数的阶梯波电流，进而在电机中产生低速旋转磁场，最后将参考正余弦信号与固定频率的锯齿波进行合成，进而将电流调制成PWM控制信号，完成定频PWM全桥式电机微步细分驱动控制。

技术领域

本发明涉及一种定频PWM全桥式电机微步细分驱动控制方法及电路。

背景技术

由于GEO轨道对地观测卫星对于姿态精度和姿态稳定度的高要求，需要尽可能减小转动部件对卫星产生的干扰，因此要求太阳帆板驱动装置在驱动太阳帆板转动时具有高的转动精度并且速度平稳。

针对这一需求，太阳帆板驱动装置采用步进电机经齿轮减速间接驱动加正余弦细分的方案，由于采用了间接驱动，安装相对复杂，同时引入了减速器输入轴与电机输出轴的水平连接情况对机构驱动稳定性的影响。当机构处于低速转动时，这种影响将会更加明显，使得帆板驱动实现微步距、高性能、高稳定控制非常困难，容易使得控制变得不稳定。

文献《Quasi-sliding mode based repetitive control for nonlinearcontinuous-time systems with rejection of periodic disturbances》(Automatica.2008(1))采用的是双电压驱动方法，是在高频和低频分别使用高电压和低电压驱动，存在临界频率，在低于但接近临界频率时，输出转矩下降太大，其输出特性存在突变不具备连续性；回路中必须串联电阻，造成能量损耗大，发热严重，效率低。

文献《基于单片机控制的步进电机高低压驱动系统设计》(电力电子技术，2008，第2期)采用的是高低电压驱动方式，其优点是在高频和低频绕组都能保持较大的平均电流，电机输出转矩稳定且较大。但不足就是低频时电流上冲比较大，电机振动和噪音大；存在低频共振。

《两相混合式步进电机细分控制器的设计》论文(浙江理工大学2015年硕士论文，唐佳伟)是将斩波恒流驱动和H桥驱动电路组合起来使用，运行稳定性相对较差，而且其功率驱动电路直接采用集成芯片L6506及其外围电路，只能驱动较小功率电机。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种定频PWM全桥式电机微步细分驱动控制方法，针对步进电机驱动、直齿轮传动加正余弦细分的高精度驱动系统，采用定频PWM全桥式电机微步细分驱动控制方法，目标是使低速运行的机构有很好的控制性能，提高姿态控制的精度和运行稳定度。

本发明的技术解决方案是：一种定频PWM全桥式电机微步细分驱动控制方法，包括如下步骤：

(1)将太阳帆板驱动机构所使用步进电机的自然步距细分为微步；

(2)将太阳帆板驱动机构驱动线路分为控制线路、驱动线路，令控制线路的D/A转换电路产生步进电机绕组电流参考正余弦信号、微处理器产生相序信号，将参考正余弦信号、相序信号送至驱动线路，使得步进电机两相绕组逼近正弦函数、余弦函数的阶梯波电流，进而在电机中产生低速旋转磁场，其中，低速旋转磁场转速能够进行调节进而调整电机转速；

(3)将步骤(2)得到的参考正余弦信号与固定频率的锯齿波进行合成，进而将电流调制成PWM控制信号，完成定频PWM全桥式电机微步细分驱动控制。

所述的自然步距细分为微步的方法包括为：首先将步进电机两相绕组分别通正弦电流、余弦电流，然后将每个步距细分成2n个微步，使得步进电机以同步机的方式微步平稳运行，其中，n为正整数，取值范围为3～8。

所述的参考正余弦信号的产生过程包括如下步骤：