基于CAN总线的步进电机控制系统的设计

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根据步进电机驱动器的发展及市场需求,课题以两相混合式步进电机为研究对象,主要研究工作如下:  本文使用STM32和FPGA双芯片,采用软硬件结合的方法设计了一款基于CAN总线的步进电机控制系统。STM32微控制器主要负责CAN总线通信、数据采集和存储、LCD显示模块的控制及拨码开关手工设置参数的读取。步进电机驱动部分由FPGA处理器完成,STM32与FPGA之间进行串口通信。本设计可用于控制两相、三相、四相混合式步进电机,驱动器设置9个细分档位可调,最大可达256细分。速度控制方面实现了0~65536Hz脉冲频率的任意可调。用户可以通过直接设置拨码开关进行操作,也可通过外部CAN通信网络对步进电机进行控制。LCD实时显示电机运行状态。  在系统的硬件设计方面,充分考虑到数字信号和模拟信号的相互干扰,本文自主开发设计了一款通用的步进电机控制系统硬件平台。该系统主要包括 STM32最小系统开发模块、FPGA细分驱动控制模块、CAN通信接口模块、LCD液晶显示模块、下载电路、电源电路、功率放大电路、反馈电路及抗干扰电路。完成了硬件的调试和PCB板的制作。  在软件方面,本文采用分模块设计的方式,设计和编写 STM32控制部分与细分驱动程序。根据混合式步进电机的驱动原理和控制特性,本文采用正弦脉宽调制技术和电流矢量恒幅均匀旋转技术相结合的控制策略,构成步进电机闭环控制系统。电流反馈电路修正了由于步进电机相电流与其产生的磁场之间的非线性引起的误差,使电机内部合成均匀的圆形旋转磁场,大大提高步进电机的分辨率和精确度,有效抑制了电磁噪声和机械振动,从而驱动电机平滑运行。最后对整个控制系统进行综合测试,测试结果表明,该控制系统达到了系统设定的各项指标,能够实现对步进电机的精确控制。
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