陳曉春，王 楓

四平市科技局科技市場(chǎng)管理辦公室，吉林四平 136000

數(shù)字技術(shù)控制步進(jìn)電機(jī)的回零抖動(dòng)控制

陳曉春，王 楓

四平市科技局科技市場(chǎng)管理辦公室，吉林四平 136000

在轉(zhuǎn)動(dòng)力矩較小的步進(jìn)馬達(dá)的各類指針式儀表的指針回零檢測(cè)中，常規(guī)的步進(jìn)電機(jī)回零方式，在回到零位時(shí)會(huì)碰到擋針，從而產(chǎn)生指針抖動(dòng)，同時(shí)產(chǎn)生較大噪聲。步進(jìn)馬達(dá)的兩組線圈交替通電，當(dāng)信號(hào)交替的瞬間，通電的線圈會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)作用在停止驅(qū)動(dòng)的線圈中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反向的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，通電穩(wěn)定后會(huì)消失。當(dāng)指針碰到擋針時(shí)，反向電動(dòng)勢(shì)會(huì)更大，因此通過計(jì)算可以判斷處指針是否回到零位，來減少抖動(dòng)及噪聲。

步進(jìn)馬達(dá)；回零檢測(cè)；抖動(dòng)

0 引言

步進(jìn)電機(jī)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(dòng)上，尤其是在汽車儀表上目前基本上全部采用采用步進(jìn)電機(jī)作為儀表指針的控制和驅(qū)動(dòng)。本文主要針對(duì)汽車儀表應(yīng)用步進(jìn)電機(jī)在使用過程中，指針回零后如何控制指針的抖動(dòng)，而進(jìn)行專門研究。通過本研究方法適用于應(yīng)用轉(zhuǎn)動(dòng)力矩較小的步進(jìn)馬達(dá)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(yùn)輸時(shí)，由于步進(jìn)電機(jī)沒有保持力矩，運(yùn)輸過程中的震動(dòng)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(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)窖b配時(shí)，就必須在裝配上電時(shí)自動(dòng)找回零位。以往的回零方式是強(qiáng)制馬達(dá)回轉(zhuǎn)300度，但馬達(dá)的行程一般為270度，當(dāng)指針回到零位時(shí)會(huì)碰到擋針，這時(shí)會(huì)產(chǎn)生指針抖動(dòng)、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(cè)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(shí)，最大程度地降低抖動(dòng)和運(yùn)行噪音。

2 控制原理

通常步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)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(huì)產(chǎn)生比較大的噪音。

從圖1可以看到，通過線圈的信號(hào)是如何轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)軸的。馬達(dá)每走一步，信號(hào)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(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子就可以順時(shí)針旋轉(zhuǎn)了，同時(shí)帶動(dòng)馬達(dá)的軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖1 步進(jìn)馬達(dá)工作原理

當(dāng)SIGNAL A和SIGNAL B信號(hào)交替的瞬間，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，通電的線圈會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)作用在停止驅(qū)動(dòng)的線圈中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反向的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)通電穩(wěn)定后就會(huì)消失，因此這是一個(gè)振蕩的信號(hào)，如圖2所示。

圖2 分布方式產(chǎn)生的反方向電動(dòng)勢(shì)

但是如果步進(jìn)電機(jī)在回零過程中碰到擋釘，則會(huì)在通電線圈上產(chǎn)生比信號(hào)交替更大的振蕩信號(hào)，如圖3所示。因此，可以通過積分的方式計(jì)算振蕩部分的和分量，圖中t1為步進(jìn)電機(jī)正常分布回零時(shí)的波形，信號(hào)交替后產(chǎn)生振蕩信號(hào)，通過積分計(jì)算此時(shí)的振蕩波形的和分量為一個(gè)閾值S， t2為步進(jìn)電機(jī)回到零位碰到擋釘后的波形，如果這時(shí)我們不能使步進(jìn)馬達(dá)停止，則會(huì)產(chǎn)生較大的振蕩波形，如圖3中波動(dòng)信號(hào)所示。通過積分計(jì)算此時(shí)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(jìn)馬達(dá)是否回到零點(diǎn)。

圖3 信號(hào)交替產(chǎn)生震蕩信號(hào)與讀轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振蕩信號(hào)對(duì)比

通過MCU對(duì)振蕩信號(hào)進(jìn)行采樣，并通過軟件去計(jì)算振蕩信號(hào)的和分量就可以判斷步進(jìn)馬達(dá)是否已經(jīng)回到零點(diǎn)，如判定回到零件，馬上輸出截止信號(hào)從而使馬達(dá)停轉(zhuǎn)，消除指針抖動(dòng)及產(chǎn)生的噪音。圖4為步進(jìn)電機(jī)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(jī)驅(qū)動(dòng)，P140-P143為馬達(dá)驅(qū)動(dòng)引腳，A/D1-A/D4為AD采集口。

圖4 步進(jìn)馬達(dá)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(shí)，降低回零噪音，減小回零抖動(dòng)和指針回彈的現(xiàn)象。通過在不同的實(shí)際產(chǎn)品上的應(yīng)用，本文所述方法控制的步進(jìn)電機(jī)回零件檢測(cè)和制動(dòng)，完全可消除步進(jìn)電機(jī)回零時(shí)的指針抖動(dòng)和噪音現(xiàn)象，滿足了不同使用環(huán)境下產(chǎn)生的步進(jìn)電機(jī)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(guó)，鐘偉弘.步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)及微機(jī)控制[J].自動(dòng)化與儀表，2000(5).

[2]馮紹娟.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，2001(5).

[3]丁偉雄，楊定安，宋曉光.步進(jìn)電機(jī)的控制原理及其單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)[J].煤礦機(jī)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(chǎng)管理辦公室，主要從事科技管理和推廣