L297是步进电机专用控制器。

L297 中文资料

 

L297 是意大利 SGS 半导体公司生产的步进电机专用控制器,它能产生 4 相控制信号,可用于计算机控制的两相双极和四相单相步进电机,能够用单四拍、双四拍、四相八拍方式控制步进电机。芯片内的 PWM 斩波器电路可开关模式下调节步进电机绕组中的电机绕组中的电流。该集成电路采用了 SGS 公司的模拟 / 数字兼容的 I2L 技术,使用 5V 的电源电压,全部信号的连接都与 TFL/CMOS 或集电极开路的晶体管兼容。L297 的芯片特别紧凑,采用双列直插 20 脚塑封封装。

 

引脚图及功能

 

L297 引脚图及功能

1 脚(SYNG)——斩波器输出端。如多个 297 同步控制,所有的 SYNC 端都要连在一起,共用一套振荡元件。如果使用外部时钟源,则时钟信号接到此引脚上
2 脚(GND)——接地端。
3 脚(HOME)——集电极开路输出端。当 L297 在初始状态(ABCD=0101)时,此端有指示。当此引脚有效时,晶体管开路。
4 脚(A)——A 相驱动信号。
5 脚(INH1)——控制 A 相和 B 相的驱动极。当此引脚为低电平时,A 相、B 相驱动控制被禁止;当线圈级断电时,双极性桥用这个信号使负载电源快速衰减。若 CONTROL 端输入是低电平时,用斩波器调节负载电流。
6 脚(B)——B 相驱动信号。
7 脚(C)——C 相驱动信号。
8 脚(INH2)——控制 C 相和 D 相的驱动级。作用同 INH1 相同。
9 脚(D)——D 相驱动信号。
10 脚(ENABLE)——L297 的使能输入端。当它为低电平时,INH1INH2,A,B,C,D 都为低电平。当系统被复位时用来阻止电机驱动。
11 脚(CONTROL)——斩波器功能控制端。低电平时使INH1INH2起作用,高电平时使 A,B,C,D 起作用。
12 脚(Vcc)——+5V 电源输入端。
13 脚(SENS2)——C 相、D 相绕组电流检测电压反馈输入端。
14 脚(SENS1)——A 相、B 相绕组电流检测电压反馈输入端。
15 脚(Vref )——斩波器基准电压输入端。加到此引脚的电压决定绕组电流的峰值。
16 脚(OSC)——斩波器频率输入端。一个 RC 网络接至此引角以决定斩波器频率,在多个 L297 同步工作时其中一个接到 RC 网络,其余的此引角接地,各个器件的脚 I (SYNC)应连接到一起这样可杂波的引入问题如图 5 所示。
17 脚(CW/CCW)—方向控制端。步进电机实际旋转方向由绕组的连接方法决定。当改变此引脚的电平状态时,步进电机反向旋转。
18 脚(CLOCK)——步进时钟输入端。该引脚输入负脉冲时步进电机向前步进一个增量,该步进是在信号 的上升沿产生。
19 脚(HALF/FULL)——半步、全步方式 选择端。此引脚输入高电平时为半步方式(四相八拍),低电平时为全步方式。如选择全步方式时变换器在奇数状态,会得到单相工作方式(单四拍)。
20 脚(RESET)——复位输入端。此引脚输入负脉冲时,变换器恢复初始状态 (ABCD=0101)。

 

工作原理

 

L297 驱动相序的产生

L297 能产生单四拍、双四拍和四相八拍工作所需的适当相序。3 种方式的驱动相序都可以很容易地根据变换器输出的格雷码的顺序产生,格雷码的顺序直接与四八拍(半步方式)相符合 ,只要在脚 19 输入一高电平即可得到

通过交替跳过在八步顺序中的状态就可以得到全步工作方式,此时需在脚 19 接一低电平,前已述及根据变换器的状态可得到四拍或双四拍 2 种工作模式

 

内部结构

 

L297 的内部方框图中。变换器是一个重要组成部分。变换器由一个三倍计算器加某些组合逻辑电路组成,产生一个基本的八格雷码。由变换器产生 4 个输出信号送给后面的输出逻辑部分,输出逻辑提供禁止和斩波器功能所需的相序。为了获得电动机良好的速度和转矩特性,相序信号是通过 2 个 PWM 斩波器控制电动波器包含有一个比较器、一个触发器和一个外部检测电阻,晶片内部的通用振荡器提供斩波频率脉冲。每个斩波器的触发器由振荡器的脉冲调节,当负载电流提高时检测电阻上的电压相对提高,当电压达到 Uref 时(Uref 是根据峰值负载电流而定的),将触发器重置,切断输出,直至第二个振荡脉冲到来、此线路的输出(即触发器 Q 输出)是一恒定速率的 PWM 信号,L297 的 CONTROL 端的输入决定斩波器对相位线 A,B,C,D 或抑制线 INH1 和 INH2 起作用。CONTROL 为高电平时,对 A,B,C,D 有抑制作用;为低电平时,则对抑制线 INH1 和 INH2 有抑制作用,从而可对电动机和转矩进行控制。

 

L297 内部结构

 

作用和用途

 

自适应控制是在 20 世纪 50 年代发展起来的自动控制领域的一个分支 。它是随着控制对象的复杂化 ,当动态特性不可知或发生不可预测的变化时 ,为得到高性能的控制器而产生的 。其主要优点是容易实现和自适应速度快 ,能有效地克服电机模型参数的缓慢变化所引起的影响 ,是输出信号跟踪参考信号 。文献研究者根据步进电机的线性或近似线性模型推导出了全局稳定的自适应控制算法 , 这些控制算法都严重依赖于电机模型参数 。文献将闭环反馈控制与自适应控制结合来检测转子的位置和速度 , 通过反馈和自适应处理 ,按照优化的升降运行曲线,自动地发出驱动的脉冲串 ,提高了电机的拖动力矩特性 ,同时使电机获得更精确的位置控制和较高较平稳的转速。

 

矢量控制是现代电机高性能控制的理论基础 ,可以改善电机的转矩控制性能 。它通过磁场定向将定子电流分为励磁分量和转矩分量分别加以控制 ,从而获得良好的解耦特性 ,因此 ,矢量控制既需要控制定子电流的幅值 ,又需要控制电流的相位 。由于步进电机不仅存在主电磁转矩 ,还有由于双凸结构产生的磁阻转矩 ,且内部磁场结构复杂 , 非线性较一般电机严重得多 , 所以它的矢量控制也较为复杂 。推导出了二相混合式步进电机 d-q 轴数学模型 ,以转子永磁磁链为定向坐标系 ,令直轴电流 id =0 ,电动机电磁转矩与 iq 成正比 , 用 PC 机实现了矢量控制系统 。系统中使用传感器检测电机的绕组电流和转自位置 ,用 PWM 方式控制电机绕组电流 。文推导出基于磁网络的二相混合式步进电机模型 , 给出了其矢量控制位置伺服系统的结构 ,采用神经网络模型参考自适应控制策略对系统中的不确定因素进行实时补偿 ,通过最大转矩 / 电流矢量控制实现电机的高效控制 。