电压控制的步进电动机驱动器制造技术

步进电动机驱动器系统包括：数字信号控制器，其配置成数字地合成当被施加到一对步进电动机绕组时将引起步进电动机的期望速度的合成模拟电压信号；以及电压放大器，其通信地耦合到数字信号控制器，配置成放大所述合成模拟电压信号以产生放大的模拟电压信号并输出放大的模拟电压信号；其中数字信号控制器配置成通过根据步进电动机的期望速度影响模拟电压信号中的每个的相位或幅度中的至少一个来合成模拟电压信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电压控制的步进电动机驱动器背景用于摇动(pan)/俯仰(tilt)/变焦(zoom) (PTZ)监视摄像机的步进电动机定位系统具有几个严格的期望特征。首先，没有位置反馈，这样的系统在停下来时应具有非常准确的定位，即，静态定位准确性。其次，系统在不稳定的机械系统中移动时应具有低速的非常平稳的运动，即，小的角速度变化。一般步进电动机和电动机负载具有在特定的角速度处被激励的高Q谐振的多个频率。第三，系统应能够实现高速正/负加速度分布图以快速改变位置。第四，系统应是非常功率有效的，因为PTZ摄像机的安全圆顶具有有限的可用功率和用于耗散在电动机和电动机驱动器中产生的热能的有限装置。参考图7，一般PTZ步进电动机驱动器100是电动机绕组电流控制的驱动器。电流控制的电动机驱动器100包含迫使电流进入电动机绕组110、112的数字 脉冲宽度调制(PWM)模块102、104和H桥106、108、测量绕组电流的、与每个电动机绕组串联的分流电阻器114、116、以及将绕组电流反馈回模块102、104来改变PWM模块102、104的占空比以在电动机绕组110、112中实现期望的瞬时电流的比较器118、120。比较器118、120比较基准/控制信号与横跨分流电阻器114、116产生的电压。驱动器100控制瞬时峰值电流，而不是平均电流。因此，当横跨电阻器114、116的电压与基准电压交叉时，PWM信号切换。这使电流以锯齿状模式斜升和斜降，锯齿状模式的水平取决于部件值和特征，例如寄生现象。H桥106、108可被调节以帮助减小该锯齿状模式的摆动，但该摆动导致位置不准确性以及在驱动器100所驱动的电动机中的振动和噪声。对于一般步进电动机驱动器，绕组电流分流电阻器的欧姆值具有冲突利益。增加电流分流电阻器的值产生信噪比的增加，这提供绕组电流的更准确的测量，导致电动机驱动器的静态定位准确性的增加。然而，减小电流分流电阻器的值通过减小由于经过分流电阻器的大电动机电流而引起的功率损耗和消耗而增加了电动机驱动器的效率。因此，即使不是不可能，优化效率和静态定位准确性也是很难的。此外，当两个电动机绕组由于PWM发生器输出而从一个轨道切换到另一轨道时，使用分流器测量绕组电流并不实际。因此，在一般单极电流控制的驱动器中，分流器放置在单极电源返回线中。在电流的每个过零点，驱动器切换绕组电流极性。这引起在每个基本(cardinal)步长(由例如具有在正交驱动波形的完整周期中的四个基本步长的绕组驱动波形中的增加引起的运动)附近的大的输出误差，其中绕组电流之一过零，导致比正常情况大的静态定位误差。这也减小了低角速度的运动的平稳性，因为在每个基本步长处在驱动器的扭矩中有误差凸点(bump)。仍然进一步地，在电动机绕组中的电阻从机械系统谐振处的能量去耦，因而对高Q谐振提供很少阻尼或没有阻尼。该驱动器由于未经阻尼的高Q机械谐振而倾向于不受控制的振荡。一般，使用电流控制的驱动器，设计者利用构造的设备使用建模和/或试错法来确定引起系统谐振的电动机速度。设计者使用所确定的谐振来实现预防措施以帮助确保系统在那些速度处不停留。设计者可实现在引起系统谐振的速度附近的“不宜进行的(no-go)”速度区域，例如通过在可行时和不可行时使控制软件和/或固件将速度保持在这些区域之夕卜(例如，恰好在区域之上或之下)，以足够快地穿越这些区域来避免振荡。而且，电流控制的驱动器将大PWM电压施加到电动机绕组，这使涡流在电动机金属结构中流动，增加了功率损耗并在电动机部件中产生热。赞同电流控制的驱动器，且不再考虑电压控制的驱动器，因为步进电动机位置由绕组电流指示。因此 ，使用电流来驱动确保电动机位置，而使用电压来驱动可能导致未知的电流和因而导致未知的电动机位置。概述步进电动机驱动器系统的例子包括数字信号控制器，其配置成数字地合成当被施加到一对步进电动机绕组时将引起步进电动机的期望速度的合成模拟电压信号；以及电压放大器，其通信地耦合到数字信号控制器，配置成放大所述合成模拟电压信号以产生放大的模拟电压信号并输出放大的模拟电压信号；其中数字信号控制器配置成通过根据步进电动机的期望速度影响模拟电压信号中的每个的相位或幅度中的至少一个来合成模拟电压信号。示例性步进电动机驱动器系统的实现可包括下列特征中的一个或多个。数字信号控制器包括相位补偿模块，相位补偿模块包括相位补偿值和相应的期望步进电动机速度值的非线性查找表。数字信号控制器包括幅度模块，幅度模块包括幅值定标值和相应的期望步进电动机速度值的非线性幅值定标查找表。数字信号控制器包括相位补偿模块，相位补偿模块包括相位补偿值和相应的期望步进电动机速度值的非线性相位补偿查找表；数字信号控制器包括波形模块，波形模块包括准正弦波形值和相应的位置值的波形查找表；以及，数字信号控制器配置成确定当前期望步进电动机速度；使用相位补偿查找表确定相应于当前期望步进电动机速度的当前相位补偿值；将当前相位补偿值应用于当前位置值，以产生相位校正的位置值；使用波形查找表确定相应于相位校正的位置值的波形值；使用幅值定标查找表确定相应于当前期望步进电动机速度的当前幅值定标值；以及使用当前幅值定标值来按比例调整(scale)波形值以产生放大的模拟电压信号。此外或可选地，示例性步进电动机驱动器系统的实现可包括下列特征中的一个或多个。电压放大器是由供电电压馈电的D类放大器；数字信号处理器包括相应的多个偏压源和相应的多个数模转换器(DAC);且偏压源耦合和配置成偏置输入到DAC的信号，使得放大的模拟电压信号被偏置到供电电压的中点。放大的模拟电压信号具有准正弦形状。系统还包括通信地耦合到电压放大器的步进电动机，电压放大器由布置成两对的四个电压放大器组成，每对电压放大器配置并耦合成横跨步进电动机的相应绕组。步进电动机系统的例子包括步进电动机，其包括第一和第二绕组以及铁转子；合成装置，其用于数字地合成相对于彼此正交的第一准正弦模拟电压信号；放大装置，其通信地耦合到合成装置和步进电动机，用于放大准正弦模拟电压信号以产生第二放大的准正弦模拟电压信号，并用于向步进电动机的第一和第二绕组提供第二准正弦模拟电压信号。这样的步进电动机系统的实现可包括下列特征中的一个或多个。合成装置还用于给第一准正弦模拟电压信号补偿步进电动机所产生的反电动势。合成装置包括用于通过根据转子的速度影响第一准正弦模拟电压信号中的每个的相位或幅度中的至少一个来给第一准正弦模拟电压信号补偿步进电动机所产生的反电动势的补偿装置。合成装置包括用于通过根据转子的速度影响第一准正弦模拟电压信号中的每个的相位和幅度两者来给第一准正弦模拟电压信号补偿步进电动机所产生的反电动势的补偿装置。补偿装置包括相位补偿值和相应的期望步进电动机速度值的非线性相位补偿查找表；幅值定标值和相应的期望步进电动机速度值的非线性幅值定标查找表；以及包括准正弦波形值和相应的位置值的波形查找表的波形模块。控制步进电动机的方法的例子包括产生相对于彼此相位正交的第一和第二补偿的模拟电压波形；放大第一和第二模拟电压信号以产生第一和第二模拟绕组驱动电压波形；以及将第一和第二模拟绕组驱动电压波形分别应用于步进电动机的第一和第二绕组；其中根据步进电动机的转子的速度给第一和第二补偿的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：克利福德·W·T·韦伯，布莱恩·F·雷利，
申请(专利权)人：派尔高公司，
类型：
国别省市：