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DSP和PBL3717A構成的步進電機的控制系統(tǒng)

發(fā)布時間:2007/4/23 0:00:00 訪問次數:456

DSP和PBL3717A構成的步進電機的控制系統(tǒng) [日期:2004-12-8] 來源:單片機及嵌入式系統(tǒng)應用 作者:郭 成 翁盛隆 談士力 [字體:集成電路技術的迅速發(fā)展,DSP(Digital Signal Processor數字信號處理器)的性能價格比得到很大提高,使得DSP在電機控制領域的應用愈來愈廣泛。本文介紹由美國TI公司的數字信號處理器TMS320LF2407和SGS公司的步進電機驅動芯片PBL3717A構成的兩相混合式步進電機的控制系統(tǒng)。

1 DSP性能簡介

美國TI公司的TMS320LF2407A是專為馬達控制而設計的一款DSP。它采用高性能靜態(tài)CMOS技術,使得供電電壓降為3.3V,減少了控制器的功耗;40MIPS的執(zhí)行速度使指令周期縮短到25ns(40MHz),從而提高了控制器的實時控制能力。兩個事件管理器模塊EVA和EVB,每個包括:2個16位通用定時器;CAN總線接口模塊;16位的串行外設(SPI)接口模塊;基于鎖相環(huán)的時鐘發(fā)生器;內置正交編碼脈沖(QEP)電路;3個捕獲單元;16通道A/D轉換器;8個16位的脈寬調制(PWM)通道。它們能夠實現:三相反相器控制;PWM的對稱和非對稱波形;當外部引腳PDPINTx出現低電平時,快速關閉PWM通道;可編程的PWM死區(qū)控制以防止上下橋臂同時輸出觸發(fā)脈沖;事件管理器模塊適用于控制交流感應電機、無刷直流電機、開關磁阻電阻、步進電阻、多級電機和逆變器。

2 PBL3717A原理與步距控制方法

2.1 PBL3717A的原理簡介

PBL3717A是SGS公司設計生產的步進電動機單相繞組的驅動電路,內部采用的是H-橋脈寬調制電路。利用外部邏輯電路構成的邏輯分配器或微處理器分配信號,由若干片這種電路和少量無源元件可組成一個完整的多相步進電動機驅動程序,可實現整步(基本步距)、半步或微步距控制。控制方式是雙極性、固定OFF(關斷)時間的斬波電流控制。下面簡要介紹一下PBL3717A的各引腳功能。如圖1所示,它采用16腳雙列直插塑料封裝。1腳(OUTPUT B)和15腳(OUTPUT A)為輸出端,分別接一相繞組線圈的兩端;2腳(PULSE TIME)外接RC定時元件;3、14腳(Vs)是繞組線圈供電電源,可在10~46V的范圍內選擇;4、5、12、13腳(GND)接地端,可接至熱片;6腳(Vss)是IC供電電源接+5V;7、9腳(INPUT 1,INPUT 0)用于選擇繞組線圈電流;8腳(Phase)為相位輸入端,用于控制轉動方向;16腳(Sense Resistor)外部繞組電流采樣電阻,采樣信號通過RC低通濾波器送至10腳(Comparator Input),與內部電壓比較器的基準電壓進行比較;11腳(Reference)外接參考電壓,改變Reference可實現微步距控制,例如用1片單片機和2片DAC0808 8bit D/A轉換電路即可實現256細分控制。在整步、半步、1/4步工作方式下,REFERENCE接固定的+5V,本文僅討論這種情況。

2.2 PBL3717A的步距控制方法

本文所設計的是兩修配混合式步進電機的控制系統(tǒng),具體驅動電路如圖2所示。其中,PHASE、INPUT 1、INPUT 0(圖中簡寫為PH、I1、I0)為輸入端,OUTPUT A、OUTPUT B(圖中以MA、MB表示)為輸出端。因為本文不考慮細分的情況,所以可以把圖中的DAC(11引腳)直接接+5V電源。

PHASE的作用是控制步進電動機定子繞組中電流的方向。當PHASE=0時,電流從MB流向MA;當PHASE=1時,電流從MA流向MB。PBL3717A對步距的控制是通過選擇I1、I0的不同組合,從而控制繞組電流,達到步距控制的目的。電流的具體數值由VR、RS決定。計算公式如下:Im=(Vr*0.083)/Rs[A],100%級別;

Im=(Vr*0.050)/Rs[A],60%級別;

Im=(VR*0.016)/Rs[A],20%級別。

PBL3717A能實現三種運行方式。在以下討論中,以A、B表示二相繞組正向電流工作,以A、B表示二相繞組反向電流工作。

(1)基本步距(整步)工作方式

可用二相激勵四拍方式,即AB→AB→AB→AB實現,也可用單相激勵四拍方式,即A→B→A→B實現。

(2)半步距工作方式

半步距方式采用二相,單相交替激勵的二相八拍方式,即AB→B→AB→A→AB→B→AB→A,這種工作方式是兩相激勵和單相激勵交替出現,每一找不到的轉距不相等。在二相激勵時的轉距是單相的1.4倍,這是因為二相激勵時的轉距是單相激勵時轉距的矢量合成。如果兩相激勵時,采用I1I0=01方式,使電流降到60%,由于磁路原先有飽和效應,此時每相轉距可能增大

DSP和PBL3717A構成的步進電機的控制系統(tǒng) [日期:2004-12-8] 來源:單片機及嵌入式系統(tǒng)應用 作者:郭 成 翁盛隆 談士力 [字體:集成電路技術的迅速發(fā)展,DSP(Digital Signal Processor數字信號處理器)的性能價格比得到很大提高,使得DSP在電機控制領域的應用愈來愈廣泛。本文介紹由美國TI公司的數字信號處理器TMS320LF2407和SGS公司的步進電機驅動芯片PBL3717A構成的兩相混合式步進電機的控制系統(tǒng)。

1 DSP性能簡介

美國TI公司的TMS320LF2407A是專為馬達控制而設計的一款DSP。它采用高性能靜態(tài)CMOS技術,使得供電電壓降為3.3V,減少了控制器的功耗;40MIPS的執(zhí)行速度使指令周期縮短到25ns(40MHz),從而提高了控制器的實時控制能力。兩個事件管理器模塊EVA和EVB,每個包括:2個16位通用定時器;CAN總線接口模塊;16位的串行外設(SPI)接口模塊;基于鎖相環(huán)的時鐘發(fā)生器;內置正交編碼脈沖(QEP)電路;3個捕獲單元;16通道A/D轉換器;8個16位的脈寬調制(PWM)通道。它們能夠實現:三相反相器控制;PWM的對稱和非對稱波形;當外部引腳PDPINTx出現低電平時,快速關閉PWM通道;可編程的PWM死區(qū)控制以防止上下橋臂同時輸出觸發(fā)脈沖;事件管理器模塊適用于控制交流感應電機、無刷直流電機、開關磁阻電阻、步進電阻、多級電機和逆變器。

2 PBL3717A原理與步距控制方法

2.1 PBL3717A的原理簡介

PBL3717A是SGS公司設計生產的步進電動機單相繞組的驅動電路,內部采用的是H-橋脈寬調制電路。利用外部邏輯電路構成的邏輯分配器或微處理器分配信號,由若干片這種電路和少量無源元件可組成一個完整的多相步進電動機驅動程序,可實現整步(基本步距)、半步或微步距控制?刂品绞绞请p極性、固定OFF(關斷)時間的斬波電流控制。下面簡要介紹一下PBL3717A的各引腳功能。如圖1所示,它采用16腳雙列直插塑料封裝。1腳(OUTPUT B)和15腳(OUTPUT A)為輸出端,分別接一相繞組線圈的兩端;2腳(PULSE TIME)外接RC定時元件;3、14腳(Vs)是繞組線圈供電電源,可在10~46V的范圍內選擇;4、5、12、13腳(GND)接地端,可接至熱片;6腳(Vss)是IC供電電源接+5V;7、9腳(INPUT 1,INPUT 0)用于選擇繞組線圈電流;8腳(Phase)為相位輸入端,用于控制轉動方向;16腳(Sense Resistor)外部繞組電流采樣電阻,采樣信號通過RC低通濾波器送至10腳(Comparator Input),與內部電壓比較器的基準電壓進行比較;11腳(Reference)外接參考電壓,改變Reference可實現微步距控制,例如用1片單片機和2片DAC0808 8bit D/A轉換電路即可實現256細分控制。在整步、半步、1/4步工作方式下,REFERENCE接固定的+5V,本文僅討論這種情況。

2.2 PBL3717A的步距控制方法

本文所設計的是兩修配混合式步進電機的控制系統(tǒng),具體驅動電路如圖2所示。其中,PHASE、INPUT 1、INPUT 0(圖中簡寫為PH、I1、I0)為輸入端,OUTPUT A、OUTPUT B(圖中以MA、MB表示)為輸出端。因為本文不考慮細分的情況,所以可以把圖中的DAC(11引腳)直接接+5V電源。

PHASE的作用是控制步進電動機定子繞組中電流的方向。當PHASE=0時,電流從MB流向MA;當PHASE=1時,電流從MA流向MB。PBL3717A對步距的控制是通過選擇I1、I0的不同組合,從而控制繞組電流,達到步距控制的目的。電流的具體數值由VR、RS決定。計算公式如下:Im=(Vr*0.083)/Rs[A],100%級別;

Im=(Vr*0.050)/Rs[A],60%級別;

Im=(VR*0.016)/Rs[A],20%級別。

PBL3717A能實現三種運行方式。在以下討論中,以A、B表示二相繞組正向電流工作,以A、B表示二相繞組反向電流工作。

(1)基本步距(整步)工作方式

可用二相激勵四拍方式,即AB→AB→AB→AB實現,也可用單相激勵四拍方式,即A→B→A→B實現。

(2)半步距工作方式

半步距方式采用二相,單相交替激勵的二相八拍方式,即AB→B→AB→A→AB→B→AB→A,這種工作方式是兩相激勵和單相激勵交替出現,每一找不到的轉距不相等。在二相激勵時的轉距是單相的1.4倍,這是因為二相激勵時的轉距是單相激勵時轉距的矢量合成。如果兩相激勵時,采用I1I0=01方式,使電流降到60%,由于磁路原先有飽和效應,此時每相轉距可能增大

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