步进电机控制的研发

　　双脉宽调制（PWM）器 DSP 产生两个正弦波形，其频率和幅度均由 DSP 控制。正弦
波通过 H 桥施加于电机绕组。为了平稳工作两个绕组电压必须是正弦积分关系。每个 PWM
时钟由九位数确定（一位符号位和八位数字位）。
　　18 位的 PWM 和 9 位时钟被 DSP 的串行端口 1（SPORT1）同时发出。PWM 位通过两
个移位寄存器硬件逻辑图传送。同时，一个八位计数器被二分频触发器以 10MHz 驱动。移
位寄存器的低八位组成绕组 A 和 B 的 PWM 的负荷率。第九位是符号位。它控制 H 桥的双
极驱动。
　　脉宽调制的量级由两个比较器确定。当比较器的两个输出相等的时候，比较器输出一
个低电平，使触发器输出复位，终止 PWM 时钟并通过 IRQ2 中断 DSP。因为计数器的运
行频率是 10MHz，所以 IRQ 中断频率是 10MHz/256=39.0625kHz.
　　PWM 负荷率由以下公式确定：D=N+1256，N=0，，254N 是来自 DSP 的八位数的大
小。PWM 的一个周期中断 DSP 一次，然后计算 A 和 BPWM 信号的新的 D 值。在 PWM 一
个周期结束之前合成的 18 位 PWM 数据流被送出 DSP，因此在这个过程中，更新的 D 数
据将 255 放入移位寄存器中，开始新的周期。
　　感应电路感应电路测量电机绕组电压和电流。如果测量到绕组电压为零则给 DSP 输
入信号作为比较器的输出，电流被测量则作为模拟电压的比例。这些电压输入给
ADC.ADC 的输出给 DSP 的串口 0（SPORT0）。SPORT0 同步置位等待接收下一个 ADC 信
号。
　　DSP 读取数字化的电机绕组电压和电流并且完成适当的固件水平信号处理。DSP 使用
这个反馈去计算对应参数（扭矩和速度），然后比较测量值和要求值。误差被固件标准控
制器处理后获得需要的动态循环响应。控制器的输出参数是负荷率 D，再经由 DSP 的
SPORT1 被送到双 PWM 产生器。
　　外部数据总线外部数据锁存器输出的八位即一个字节通过门电路加到 DSP 外部数据
总线上以循环读取地址数据存储器。这八位包括三位编码器位（两个积分位和一个绝对地
置变址位），两个相绕组过零位，一个可以用按钮执行的停止命令位，和两个设置跳线
位。设置跳线用于选择程序启动存储器中的编码字段。
　　DSP 固件 DSP 固件功能 DSP 固件逻辑图如所示。首先考虑 DSP 的输入，由图可知
ADC 输入来自于 SPORT0.其他的 DSP 输入是外部数据锁存器。这组成了编码器的计数和
电机绕组电压过零信号。
　　固件电路原理图相位和速度测算器估算相应于电机位置的电相位。使用编码器计数脉
冲可以计算出相位，电机电流，电机电压过零。相位测算输出信号给相位控制器，使被控
制的电机相位导前测量得的相位 90 度，以满足场导向要求。速度测算测得电机转速。速度
测算结果交给速度控制器以调整 PWM 幅度后获得所需要的电机速度。
　　频率合成 DSP 固件产生数字化积分波形。频率是相位变化率 d。这种换算是轮回循环
的的。因此 N 位相位变量的一位代 P/2N 相位角度。对于 16 位的 ADSP-2100 系列，N=16，
一个 LSB 代 P/216=96Lrad.
　　结语本文讨论了场导向两相步进电机控制器的固件设计。将普通交流模拟电机驱动的
旋转磁场理论引入数字式步进电机控制中，是步进电机控制的一种很好的选择。