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步进电机是一种使用电脉冲作为控制信号的数字式执行机构,具有控制简单、开环性能好、无积累误差等优点,在航空航天、工业控制、办公自动化等方面具有广泛的应用。 步进电机相关控制电路通常可分为底层的驱动电路和上层的驱动脉冲控制两部分,底层驱动电路是步进电机控制相关研究的热点之一,但在一般的应用中底层驱动电路通常与电机一起提供,无需设计;步进电机驱动脉冲控制是实现转速控制的重要方法,在一定范围内步进电机的转速与控制脉冲频率成正比,故驱动脉冲频率的性能在一定程度上决定了步进电机控制系统的转速特性。 传统的步进电机频率生成方式主要有二分频法、整数分频法、定时器定时法等。这些方法实现简单、输出稳定,但都存在一定问题,如随着输出频率的升高,相邻频率跳变也随之增大,导致在高速时电机转速跳变增大。在实际工程应用中发现,由于上述缺点的存在,使得一些以步进电机为执行机构的运动控制系统不能满足对转速跟踪精度控制要求高的应用需求。 针对上述问题,课题以步进电机驱动频率合成技术为出发点寻求问题的解决途径。DDS技术作为目前应用较广的频率合成技术,具有稳定性好、频率转换时间短、频率分辨率高、输出相位连续、可编程、实现灵活等优点。理论上可以以mHz级别的频率分辨率连续输出OHz到参考时钟一半的频率。 针对传统步进电机驱动频率合成的缺点和DDS技术的优势,课题设计以DDS技术替代传统的频率合成方法产生步进电机驱动频率,以达到步进电机均匀调速和提高转速曲线跟踪精度的目的。课题分析仿真了DDS技术的在步进电机控制方面的优势,分别设计并实现了基于FPGA和专用芯片的DDS频率合成方法,并以此为基础搭建了完整的步进电机控制系统,实际验证了DDS技术的有效性。 通过在实际工程应用的转台中,进行匀速、台阶和正弦转速跟踪等实验证明,基于DDS技术的步进电机调速系统相对整数分频方法,在相同的工作频率下,具有较高的速度分辨率。同时,在正弦转速曲线跟踪方面也有较高的跟踪精度。