U、V、W 為定子上的3 個線圈繞組
，3 個線圈繞組的軸線成 120°。電機單相繞組通電的時候，穩態轉矩可以表達為：T=f(i,theta) 。其中，i 為繞組中通過的電流；theta為電機轉子偏離參考點的角度。由於磁飽和效應可以忽略不計，並且轉子結構是圓形，其矩角特性為嚴格的正弦，
即：T=k *I*sin（theta），k 為轉矩常數
若理想的電流源以恒幅值為I 的三相平衡電流iU、iV
、iW 供給電機繞組，
即：
iU=I*sin(wt)
iV=I*sin(wt+2*PI/3)
iW=I*sin(wt+4*PI/3)

則電機各相電流產生的穩態轉矩為：

TU=k*I*sin(wt)*sin(theta)
TV=k*I*sin(wt+2*PI/3)*sin(theta+2*PI/3)
TW=k*I*sin(wt+4*PI/3)*sin(theta+4*PI/3)

穩態運行時，theta=wt
，則三相繞組產生的合成轉矩為：

T=TU+TV+TW=3/2*k*I*sin(PI/2-wt+theta)=3/2*k*I

以上分析表明，對於三相永磁同步電機，當三相繞組輸入相差 120°dezhengxiandianliushi，youyuzaineibuchanshengyuanxingxuanzhuancichang，dianjideshuchuzhuanjuweihengzhi。yinci，jiangjiaoliusifukongzhiyuanliyingyongdaosanxianghunheshibujindianjiqudongxitongzhong，shurude220V 交(jiao)流(liu)，經(jing)整(zheng)流(liu)後(hou)變(bian)為(wei)直(zhi)流(liu)
，再(zai)經(jing)脈(mai)寬(kuan)調(tiao)製(zhi)技(ji)術(shu)變(bian)為(wei)三(san)路(lu)階(jie)梯(ti)式(shi)正(zheng)弦(xian)波(bo)形(xing)電(dian)流(liu)，它(ta)們(men)按(an)固(gu)定(ding)時(shi)序(xu)分(fen)別(bie)流(liu)過(guo)三(san)路(lu)繞(rao)組(zu)，其(qi)每(mei)個(ge)階(jie)梯(ti)對(dui)應(ying)電(dian)機(ji)轉(zhuan)動(dong)一(yi)步(bu)。通(tong)過(guo)改(gai)變(bian)驅(qu)動(dong)器(qi)輸(shu)出(chu)正(zheng)弦(xian)電(dian)流(liu)的(de)頻(pin)率(lv)來(lai)改(gai)變(bian)電(dian)機(ji)轉(zhuan)速(su)，而(er)輸(shu)出(chu)的(de)階(jie)梯(ti)數(shu)確(que)定(ding)了(le)每(mei)步(bu)轉(zhuan)過(guo)的(de)角(jiao)度(du)，當(dang)角(jiao)度(du)越(yue)小(xiao)的(de)時(shi)候(hou)

，那(na)麼(me)其(qi)階(jie)梯(ti)數(shu)就(jiu)越(yue)多(duo)
，即(ji)細(xi)分(fen)就(jiu)越(yue)大(da)，從(cong)理(li)論(lun)上(shang)說(shuo)此(ci)角(jiao)度(du)可(ke)以(yi)設(she)得(de)足(zu)夠(gou)的(de)小(xiao)
，所(suo)以(yi)細(xi)分(fen)數(shu)可(ke)以(yi)是(shi)很(hen)大(da)，而(er)交(jiao)流(liu)伺(si)服(fu)控(kong)製(zhi)的(de)每(mei)步(bu)角(jiao)度(du)與(yu)反(fan)饋(kui)的(de)編(bian)碼(ma)器(qi)的(de)精(jing)度(du)有(you)很(hen)大(da)的(de)關(guan)係(xi)，一(yi)般(ban)使(shi)用(yong)的(de)為(wei)2500線，所以每一步轉過的角度僅為0.144度，而此方法控製的步進電機，比如其細分數為10000，則每一步轉過的角度為0.036度du，所suo以yi比bi一yi般ban的de伺si服fu控kong製zhi精jing度du高gao很hen多duo。當dang然ran，步bu進jin電dian機ji轉zhuan動dong時shi，電dian機ji各ge相xiang繞rao組zu的de電dian感gan將jiang形xing成cheng一yi個ge反fan向xiang電dian動dong勢shi，頻pin率lv越yue高gao，反fan向xiang電dian動dong勢shi越yue大da。在zai它ta的de作zuo用yong下xia
，電dian機ji隨sui頻pin率lv(或速度)的(de)增(zeng)大(da)而(er)相(xiang)電(dian)流(liu)減(jian)小(xiao)，從(cong)而(er)導(dao)致(zhi)力(li)矩(ju)下(xia)降(jiang)，通(tong)過(guo)恒(heng)流(liu)方(fang)式(shi)可(ke)以(yi)使(shi)在(zai)電(dian)機(ji)低(di)頻(pin)和(he)高(gao)頻(pin)時(shi)保(bao)持(chi)同(tong)樣(yang)的(de)相(xiang)電(dian)流(liu)從(cong)而(er)使(shi)高(gao)頻(pin)的(de)力(li)矩(ju)特(te)性(xing)有(you)所(suo)改(gai)善(shan)，這(zhe)隻(zhi)能(neng)是(shi)在(zai)低(di)速(su)時(shi)，所(suo)以(yi)其(qi)綜(zong)合(he)性(xing)能(neng)（高低速噪聲，高速力矩
，高速平穩性等）很難趕超交流伺服控製係統。


圖2 給出相差120°的三相階梯式正弦電流。

三相混合式步進電機一般把三相繞組連接成星形或者三角形，按照電路基本定理，三相電流之和為零。即IU+IV+IW =0 。所(suo)以(yi)通(tong)常(chang)隻(zhi)需(xu)產(chan)生(sheng)兩(liang)相(xiang)繞(rao)組(zu)的(de)給(gei)定(ding)信(xin)號(hao)，第(di)三(san)相(xiang)繞(rao)組(zu)的(de)給(gei)定(ding)信(xin)號(hao)可(ke)由(you)其(qi)它(ta)兩(liang)相(xiang)求(qiu)得(de)。同(tong)樣(yang)，隻(zhi)需(xu)要(yao)對(dui)相(xiang)應(ying)兩(liang)相(xiang)繞(rao)組(zu)的(de)實(shi)際(ji)電(dian)流(liu)進(jin)行(xing)采(cai)樣(yang)，第(di)三(san)相(xiang)繞(rao)組(zu)的(de)實(shi)際(ji)電(dian)流(liu)可(ke)根(gen)據(ju)式(shi)求(qiu)得(de)。

3 三相混合式步進電機驅動器的係統構成

驅動器的總體方案如圖3 所示

，主要包括單片機電路

、電流追蹤型SPWM 電路和功率驅動電路組成。

圖3 驅動器的整體框圖

3.1 DSP模塊設計
在這裏，我們選擇了TI公司的DSP作為CPU芯片
，DSP（Digital Signal Processor）實際上也是一種單片機，它同樣是將中央處理單元、控控製單元和外圍設備集成到一塊芯片上。但它又有自身鮮明的特點――因為采用了多組總線技術實現並行運行的機機製，從而大大提高了運算速度，具有更強的運算能力和更好的實時性。本文選用的DSP（TMS320LF2407A）是一款電機控製專用芯片，144引腳，具有豐富的IO資源，含有四個通用定時器，具有兩路專用於控製三相電機的PWM發生器（可產生六路PWM信號）
，另外還有專用接收外部脈衝和方向的I/O口
，從而簡化了電路設計和程序開發。
DSP輸入信號包括步進脈衝信號CP、方向控製信號、脫機信號， 過流保護信號。這幾種信號均通過高速光耦連接到DSP的引腳上，另外還有細分步數及電流選擇信號。當脫機信號為有效時，驅動器輸出到電機的電流被切斷
，電機轉子處於自由狀態（脫機狀態）。反饋電流通過DSP自帶的的10 位模數轉換器（AD）采樣，反饋的電流通過一定的算法後
，由DSP自帶的PWM口輸出控製電機。
3.2 電流追蹤型回路
這種傳輸方式以模擬電壓的幅值代表采樣電流或者電壓的大小，其主要用來采樣a
，b兩相電流及母線電壓檢測，實現電機電流控製以及過壓、欠壓、過流保護。驅動器通過采樣電阻檢測步進電機繞組的實際電流
，與設定電流相比較後經過滯環比較器調節器
，調節器輸出信號由20KHz 頻率的三角波載波輸出
，形成脈寬調製信號(PWM)
，通(tong)過(guo)功(gong)率(lv)驅(qu)動(dong)接(jie)口(kou)電(dian)路(lu)來(lai)控(kong)製(zhi)大(da)功(gong)率(lv)半(ban)導(dao)體(ti)器(qi)件(jian)的(de)導(dao)通(tong)與(yu)關(guan)斷(duan)，使(shi)步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)的(de)繞(rao)組(zu)實(shi)際(ji)電(dian)流(liu)跟(gen)蹤(zong)給(gei)定(ding)參(can)考(kao)信(xin)號(hao)，按(an)給(gei)定(ding)的(de)正(zheng)弦(xian)規(gui)律(lv)變(bian)化(hua)。
3.3 功率驅動電路
驅動器的主回路采用交-直-交電壓型逆變器形式
，由整流濾波電路、三相逆變器以及步進電機等組成。整流濾波電路構成直流電壓源，完成220V
、50Hz 交jiao流liu電dian源yuan到dao直zhi流liu電dian源yuan的de變bian換huan。逆ni變bian器qi實shi現xian從cong直zhi流liu電dian到dao變bian頻pin變bian壓ya交jiao流liu電dian的de轉zhuan換huan，為wei三san相xiang混hun合he式shi步bu進jin電dian機ji的de定ding子zi繞rao組zu提ti供gong要yao求qiu的de交jiao流liu電dian流liu。逆ni變bian器qi由you仙xian童tong公gong司si生sheng產chan的de六liu隻zhiG30N60B3DMOS管組成
，構成三相逆變橋。驅動器采用兩隻電阻檢測步進電機相電流的瞬時值。
功率驅動電路的核心是功率模塊(MOS管)。MOS管 與電流追蹤型PWM 輸出之間必須通過專用高速光耦連接。根據MOS管的過流值和電機峰值線電流來選用合適的MOS管，即電機的線電流的峰值小於MOS管的最大電流值。本設計中電機最大相電流為8.1A，該電流是相電流的有效值，峰值相電流為8.1* sqrt(2) = 11.312A 。此外，電機繞組在三角形接法時
，線電流是相電流的3 倍，所以線電流峰值為19.6A。由G30N60B3DPDF文檔知
，其最大流值為30A,故可以保證正常使用，正常工作要求適當的散熱設計保證內部結溫永遠小於150攝氏度
，因此要外加散熱器並強製風冷，以保證MOS管正常工作。
3.4並口通訊：
為了避免在控製過程中停電或者其它特別原因掉電時造成損失，使用帶電RAM存儲電機位置
，保證來電後工件可繼續完成加工。並口RAM比傳統使用的E2ROM速度傳輸更快更可靠，可更有效的記錄電機運行狀態

，但占用CPU的I/O口較多，這裏CPU有足夠的資源可以使用。
3.5 控製軟件流程
主程序流程圖


中斷部分的流程圖


為減少功耗和保護電機
，設置了自動半流功能，它由滯環比較器自動進行調節。

4 結論
實shi踐jian證zheng明ming本ben文wen所suo講jiang的de驅qu動dong方fang法fa其qi適shi應ying性xing很hen強qiang，基ji本ben上shang可ke以yi適shi應ying所suo有you的de三san相xiang混hun合he式shi步bu進jin電dian機ji。特te別bie對dui三san相xiang繞rao組zu星xing形xing接jie法fa，低di頻pin時shi運yun行xing平ping穩wen
，無wu振zhen蕩dang，有you效xiao地di抑yi製zhi了le振zhen蕩dang、噪聲。另外

，驅動器內部設計多種保護電路，使整個驅動器的可靠性大大提高。
參考文獻
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