步進(jìn)電機是純粹的數字控制電機。它將電脈沖信號轉變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號，步進(jìn)電機就轉動(dòng)一步。在額定功率范圍內，電機的轉速只取決于脈沖的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，因此非常適合于數字化控制，尤其是與數字設備配套使用時(shí)，體現了更大的優(yōu)越性?，F代單片機具有充足的I／O口、多路PWM通道和豐富的外部接口，使其特別適用于電機的控制。
本文以ARM單片機作為控制核心，以步進(jìn)電機作為驅動(dòng)元件，設計了一種基于A(yíng)RM的步進(jìn)電機伺服系統。該伺服系統用于近程無(wú)人機測控系統中，伺服系統驅動(dòng)定向天線(xiàn)轉動(dòng)，完成天線(xiàn)對目標無(wú)人機的實(shí)時(shí)跟蹤，保證測控鏈路的順暢建立。
1 步進(jìn)電機及其驅動(dòng)控制技術(shù)
步進(jìn)電機是根據組合電磁鐵理論設計的，電動(dòng)機的設計是以精確的定位作為主要目標，堵轉轉矩大、定位精度高。步進(jìn)電機可分為反應式、永磁式和混合式三種，混合式步進(jìn)電機綜合了反應式和永磁式兩者的優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛使用。
步進(jìn)電機的工作原理使之非常適合于單片機的控制。雖然步進(jìn)電機是一種數字控制元件，易于與數字電路接口。但是，一般數字電路的信號能量不足以驅動(dòng)步進(jìn)電機。因此，必須有一個(gè)與之匹配的驅動(dòng)電路來(lái)驅動(dòng)步進(jìn)電機。對步進(jìn)電機的驅動(dòng)電路有如下要求：
(1)能夠提供快速上升和快速下降的電流，使電流波形盡量接近矩形；
(2)具有供截至期間釋放電流的回路，以降低相繞組兩端的反電勢，加快電流衰減；
(3)功耗低，效率高。
常用的步進(jìn)電機驅動(dòng)電路有單電壓驅動(dòng)、雙電壓驅動(dòng)、高低壓驅動(dòng)、斬波恒流驅動(dòng)和細分驅動(dòng)等。以上驅動(dòng)電路各有優(yōu)缺點(diǎn)，其性能比較見(jiàn)表1。
另外，要使步進(jìn)電機正常工作，必須按照該種電機的勵磁狀態(tài)轉換表所規定的狀態(tài)和順序依次對各相繞組進(jìn)行通電或斷電控制。步進(jìn)電機的驅動(dòng)電路根據控制信號工作，在步進(jìn)電機的單片機控制中，控制信號由單片機產(chǎn)生，其基本控制作用如下：
(1)控制換相順序。步進(jìn)電機的通電換相順序嚴格按照步進(jìn)電機的工作方式進(jìn)行。
(2)控制步進(jìn)電機的轉向。如果按照給定的工作方式正序通電換相，步進(jìn)電機就正轉；如果按照反序通電換相，則電機就反轉。
(3)控制步進(jìn)電機的速度。如果給步進(jìn)電機發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì )再轉一步。
兩個(gè)脈沖的間隔時(shí)間越短，步進(jìn)電機就轉得越快。因此，脈沖的頻率決定了步進(jìn)電機的轉速。調整單片機發(fā)出脈沖的頻率，就可以對步進(jìn)電機速度進(jìn)行調整。
2 伺服系統設計方案
2．1 總體結構
該伺服系統采用方位俯仰型結構，以方位轉臺為底座，上面安裝俯仰傳動(dòng)機構，控制天線(xiàn)轉動(dòng)，完成天線(xiàn)對目標無(wú)人機的跟蹤。方位可以在±540°范圍之間運轉，俯仰可以在-30°～+90°之間旋轉。方位和俯仰分別以步進(jìn)電機作為驅動(dòng)元件，以光電編碼器作為反饋元件，完成伺服系統的閉環(huán)控制。
另外，設計時(shí)為了完成方位±540°轉動(dòng)范圍要求，專(zhuān)門(mén)設計了電纜纏繞裝置，以解決方位轉動(dòng)過(guò)程中電纜的纏繞問(wèn)題。
天線(xiàn)伺服系統總體結構如圖1所示。
