數(shù)字技術(shù)控制步進電機的回零抖動控制

陳曉春，王 楓

四平市科技局科技市場管理辦公室，吉林四平 136000

數(shù)字技術(shù)控制步進電機的回零抖動控制

陳曉春，王 楓

四平市科技局科技市場管理辦公室，吉林四平 136000

在轉(zhuǎn)動力矩較小的步進馬達的各類指針式儀表的指針回零檢測中，常規(guī)的步進電機回零方式，在回到零位時會碰到擋針，從而產(chǎn)生指針抖動，同時產(chǎn)生較大噪聲。步進馬達的兩組線圈交替通電，當(dāng)信號交替的瞬間，通電的線圈會產(chǎn)生磁場，磁場作用在停止驅(qū)動的線圈中會產(chǎn)生一個反向的感應(yīng)電動勢，通電穩(wěn)定后會消失。當(dāng)指針碰到擋針時，反向電動勢會更大，因此通過計算可以判斷處指針是否回到零位，來減少抖動及噪聲。

步進馬達；回零檢測；抖動

0 引言

步進電機由于其輸出控制特性，使其越來越多地應(yīng)用在各類指示儀表的驅(qū)動上，尤其是在汽車儀表上目前基本上全部采用采用步進電機作為儀表指針的控制和驅(qū)動。本文主要針對汽車儀表應(yīng)用步進電機在使用過程中，指針回零后如何控制指針的抖動，而進行專門研究。通過本研究方法適用于應(yīng)用轉(zhuǎn)動力矩較小的步進馬達的各類指針式儀表的指針回零控制。

1 應(yīng)用背景技術(shù)

儀表在運輸時，由于步進電機沒有保持力矩，運輸過程中的震動很容易導(dǎo)致儀表指針出現(xiàn)離開零位的現(xiàn)象，因此在儀表通過長途運輸?shù)窖b配時，就必須在裝配上電時自動找回零位。以往的回零方式是強制馬達回轉(zhuǎn)300度，但馬達的行程一般為270度，當(dāng)指針回到零位時會碰到擋針，這時會產(chǎn)生指針抖動、噪聲較大等現(xiàn)象。本文就是通過使用數(shù)字化的回零檢測方法有效地改善指針的回零效果，使指針在可靠回零的同時，最大程度地降低抖動和運行噪音。

2 控制原理

通常步進電機的驅(qū)動方式有兩種，分步方式和微步方式。分步方式力矩小，步距較大，在回零過程中，如果碰到擋針會產(chǎn)生比較大的噪音。

從圖1可以看到，通過線圈的信號是如何轉(zhuǎn)動馬達軸的。馬達每走一步，信號都將保持90度。分別在SIGNAL A的a+端，SIGNAL B的b+端，SIGNAL A的a-端，SIGNAL B的b-端依次加電，步進電機的轉(zhuǎn)子就可以順時針旋轉(zhuǎn)了，同時帶動馬達的軸轉(zhuǎn)動。

圖1 步進馬達工作原理

當(dāng)SIGNAL A和SIGNAL B信號交替的瞬間，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，通電的線圈會產(chǎn)生磁場，磁場作用在停止驅(qū)動的線圈中會產(chǎn)生一個反向的感應(yīng)電動勢，當(dāng)通電穩(wěn)定后就會消失，因此這是一個振蕩的信號，如圖2所示。

圖2 分布方式產(chǎn)生的反方向電動勢

但是如果步進電機在回零過程中碰到擋釘，則會在通電線圈上產(chǎn)生比信號交替更大的振蕩信號，如圖3所示。因此，可以通過積分的方式計算振蕩部分的和分量，圖中t1為步進電機正常分布回零時的波形，信號交替后產(chǎn)生振蕩信號，通過積分計算此時的振蕩波形的和分量為一個閾值S， t2為步進電機回到零位碰到擋釘后的波形，如果這時我們不能使步進馬達停止，則會產(chǎn)生較大的振蕩波形，如圖3中波動信號所示。通過積分計算此時的和分量為S1，因此只需判斷S1是否大于S就可以判斷步進馬達是否回到零點。

圖3 信號交替產(chǎn)生震蕩信號與讀轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振蕩信號對比

通過MCU對振蕩信號進行采樣，并通過軟件去計算振蕩信號的和分量就可以判斷步進馬達是否已經(jīng)回到零點，如判定回到零件，馬上輸出截止信號從而使馬達停轉(zhuǎn)，消除指針抖動及產(chǎn)生的噪音。圖4為步進電機與MCU的接口電路，MCU采用NEC的UPD0822，芯片本身集成A/D模塊和電機驅(qū)動，P140-P143為馬達驅(qū)動引腳，A/D1-A/D4為AD采集口。

圖4 步進馬達與MCU接口電路

3 結(jié)論

采用此種通過微處理器芯片數(shù)字化的控制方式回零，可以在保證有效回零的同時，降低回零噪音，減小回零抖動和指針回彈的現(xiàn)象。通過在不同的實際產(chǎn)品上的應(yīng)用，本文所述方法控制的步進電機回零件檢測和制動，完全可消除步進電機回零時的指針抖動和噪音現(xiàn)象，滿足了不同使用環(huán)境下產(chǎn)生的步進電機指針偏離零位后的上電平穩(wěn)回零的要求。

參考資料

[1]關(guān)保國，鐘偉弘.步進電機的驅(qū)動及微機控制[J].自動化與儀表，2000(5).

[2]馮紹娟.步進電機驅(qū)動器的設(shè)計與實現(xiàn)[J].機械制造與自動化，2001(5).

[3]丁偉雄，楊定安，宋曉光.步進電機的控制原理及其單片機控制實現(xiàn)[J].煤礦機械，2005(6).

Digital Technology Control of the Stepper Motor Back Zero Jitter Control

CHEN Xiaochun，WANG Feng SipingScience Technology Market Management Office，Siping 136000，Jilin Province

In rotating torque smaller stepper motor all kinds of pointer type instrument pointer to zero in detecting， conventional stepmotor return zero way， in return to zero when they encounter block needle， resulting in a pointer jitter， also produce larger noise.Stepping motor of two groups of coil alternate electricity， when a signal is alternant instantly， the electric field， magnetic field coil can produce role in driving the coil in the stop will generate a reverse the induction emf，after electrify stability will disappear.When the pointer encounter block needle， reverse emf will be bigger， so through calculation can judge whether back to zero in a pointer to reduce jitter and noise.

stepping motor；return zero；examination wobble

TM383

A

1674-6708（2011）37-0163-02

陳曉春，副高，工作單位：四平市科技局市場管理辦公室，主要從事科技管理和推廣