專利名稱：電壓控制的步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器的制作方法
電壓控制的步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器背景用于搖動(pan)/俯仰(tilt)/變焦(zoom) (PTZ)監(jiān)視攝像機(jī)的步進(jìn)電動機(jī)定位系統(tǒng)具有幾個(gè)嚴(yán)格的期望特征。首先，沒有位置反饋，這樣的系統(tǒng)在停下來時(shí)應(yīng)具有非常準(zhǔn)確的定位，即，靜態(tài)定位準(zhǔn)確性。其次，系統(tǒng)在不穩(wěn)定的機(jī)械系統(tǒng)中移動時(shí)應(yīng)具有低速的非常平穩(wěn)的運(yùn)動，即，小的角速度變化。一般步進(jìn)電動機(jī)和電動機(jī)負(fù)載具有在特定的角速度處被激勵(lì)的高Q諧振的多個(gè)頻率。第三，系統(tǒng)應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)高速正/負(fù)加速度分布圖以快速改變位置。第四，系統(tǒng)應(yīng)是非常功率有效的，因?yàn)镻TZ攝像機(jī)的安全圓頂具有有限的可用功率和用于耗散在電動機(jī)和電動機(jī)驅(qū)動器中產(chǎn)生的熱能的有限裝置。參考圖7，一般PTZ步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器100是電動機(jī)繞組電流控制的驅(qū)動器。電流控制的電動機(jī)驅(qū)動器100包含迫使電流進(jìn)入電動機(jī)繞組110、112的數(shù)字 脈沖寬度調(diào)制(PWM)模塊102、104和H橋106、108、測量繞組電流的、與每個(gè)電動機(jī)繞組串聯(lián)的分流電阻器114、116、以及將繞組電流反饋回模塊102、104來改變PWM模塊102、104的占空比以在電動機(jī)繞組110、112中實(shí)現(xiàn)期望的瞬時(shí)電流的比較器118、120。比較器118、120比較基準(zhǔn)/控制信號與橫跨分流電阻器114、116產(chǎn)生的電壓。驅(qū)動器100控制瞬時(shí)峰值電流，而不是平均電流。因此，當(dāng)橫跨電阻器114、116的電壓與基準(zhǔn)電壓交叉時(shí)，PWM信號切換。這使電流以鋸齒狀模式斜升和斜降，鋸齒狀模式的水平取決于部件值和特征，例如寄生現(xiàn)象。H橋106、108可被調(diào)節(jié)以幫助減小該鋸齒狀模式的擺動，但該擺動導(dǎo)致位置不準(zhǔn)確性以及在驅(qū)動器100所驅(qū)動的電動機(jī)中的振動和噪聲。對于一般步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器，繞組電流分流電阻器的歐姆值具有沖突利益。增加電流分流電阻器的值產(chǎn)生信噪比的增加，這提供繞組電流的更準(zhǔn)確的測量，導(dǎo)致電動機(jī)驅(qū)動器的靜態(tài)定位準(zhǔn)確性的增加。然而，減小電流分流電阻器的值通過減小由于經(jīng)過分流電阻器的大電動機(jī)電流而引起的功率損耗和消耗而增加了電動機(jī)驅(qū)動器的效率。因此，即使不是不可能，優(yōu)化效率和靜態(tài)定位準(zhǔn)確性也是很難的。此外，當(dāng)兩個(gè)電動機(jī)繞組由于PWM發(fā)生器輸出而從一個(gè)軌道切換到另一軌道時(shí)，使用分流器測量繞組電流并不實(shí)際。因此，在一般單極電流控制的驅(qū)動器中，分流器放置在單極電源返回線中。在電流的每個(gè)過零點(diǎn)，驅(qū)動器切換繞組電流極性。這引起在每個(gè)基本(cardinal)步長(由例如具有在正交驅(qū)動波形的完整周期中的四個(gè)基本步長的繞組驅(qū)動波形中的增加引起的運(yùn)動)附近的大的輸出誤差，其中繞組電流之一過零，導(dǎo)致比正常情況大的靜態(tài)定位誤差。這也減小了低角速度的運(yùn)動的平穩(wěn)性，因?yàn)樵诿總€(gè)基本步長處在驅(qū)動器的扭矩中有誤差凸點(diǎn)(bump)。仍然進(jìn)一步地，在電動機(jī)繞組中的電阻從機(jī)械系統(tǒng)諧振處的能量去耦，因而對高Q諧振提供很少阻尼或沒有阻尼。該驅(qū)動器由于未經(jīng)阻尼的高Q機(jī)械諧振而傾向于不受控制的振蕩。一般，使用電流控制的驅(qū)動器，設(shè)計(jì)者利用構(gòu)造的設(shè)備使用建模和/或試錯(cuò)法來確定引起系統(tǒng)諧振的電動機(jī)速度。設(shè)計(jì)者使用所確定的諧振來實(shí)現(xiàn)預(yù)防措施以幫助確保系統(tǒng)在那些速度處不停留。設(shè)計(jì)者可實(shí)現(xiàn)在引起系統(tǒng)諧振的速度附近的“不宜進(jìn)行的(no-go)”速度區(qū)域，例如通過在可行時(shí)和不可行時(shí)使控制軟件和/或固件將速度保持在這些區(qū)域之夕卜(例如，恰好在區(qū)域之上或之下)，以足夠快地穿越這些區(qū)域來避免振蕩。而且，電流控制的驅(qū)動器將大PWM電壓施加到電動機(jī)繞組，這使渦流在電動機(jī)金屬結(jié)構(gòu)中流動，增加了功率損耗并在電動機(jī)部件中產(chǎn)生熱。贊同電流控制的驅(qū)動器，且不再考慮電壓控制的驅(qū)動器，因?yàn)椴竭M(jìn)電動機(jī)位置由繞組電流指示。因此 ，使用電流來驅(qū)動確保電動機(jī)位置，而使用電壓來驅(qū)動可能導(dǎo)致未知的電流和因而導(dǎo)致未知的電動機(jī)位置。概述步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器系統(tǒng)的例子包括數(shù)字信號控制器，其配置成數(shù)字地合成當(dāng)被施加到一對步進(jìn)電動機(jī)繞組時(shí)將引起步進(jìn)電動機(jī)的期望速度的合成模擬電壓信號；以及電壓放大器，其通信地耦合到數(shù)字信號控制器，配置成放大所述合成模擬電壓信號以產(chǎn)生放大的模擬電壓信號并輸出放大的模擬電壓信號；其中數(shù)字信號控制器配置成通過根據(jù)步進(jìn)電動機(jī)的期望速度影響模擬電壓信號中的每個(gè)的相位或幅度中的至少一個(gè)來合成模擬電壓信號。示例性步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)可包括下列特征中的一個(gè)或多個(gè)。數(shù)字信號控制器包括相位補(bǔ)償模塊，相位補(bǔ)償模塊包括相位補(bǔ)償值和相應(yīng)的期望步進(jìn)電動機(jī)速度值的非線性查找表。數(shù)字信號控制器包括幅度模塊，幅度模塊包括幅值定標(biāo)值和相應(yīng)的期望步進(jìn)電動機(jī)速度值的非線性幅值定標(biāo)查找表。數(shù)字信號控制器包括相位補(bǔ)償模塊，相位補(bǔ)償模塊包括相位補(bǔ)償值和相應(yīng)的期望步進(jìn)電動機(jī)速度值的非線性相位補(bǔ)償查找表；數(shù)字信號控制器包括波形模塊，波形模塊包括準(zhǔn)正弦波形值和相應(yīng)的位置值的波形查找表；以及，數(shù)字信號控制器配置成確定當(dāng)前期望步進(jìn)電動機(jī)速度；使用相位補(bǔ)償查找表確定相應(yīng)于當(dāng)前期望步進(jìn)電動機(jī)速度的當(dāng)前相位補(bǔ)償值；將當(dāng)前相位補(bǔ)償值應(yīng)用于當(dāng)前位置值，以產(chǎn)生相位校正的位置值；使用波形查找表確定相應(yīng)于相位校正的位置值的波形值；使用幅值定標(biāo)查找表確定相應(yīng)于當(dāng)前期望步進(jìn)電動機(jī)速度的當(dāng)前幅值定標(biāo)值；以及使用當(dāng)前幅值定標(biāo)值來按比例調(diào)整(scale)波形值以產(chǎn)生放大的模擬電壓信號。此外或可選地，示例性步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)可包括下列特征中的一個(gè)或多個(gè)。電壓放大器是由供電電壓饋電的D類放大器；數(shù)字信號處理器包括相應(yīng)的多個(gè)偏壓源和相應(yīng)的多個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC);且偏壓源耦合和配置成偏置輸入到DAC的信號，使得放大的模擬電壓信號被偏置到供電電壓的中點(diǎn)。放大的模擬電壓信號具有準(zhǔn)正弦形狀。系統(tǒng)還包括通信地耦合到電壓放大器的步進(jìn)電動機(jī)，電壓放大器由布置成兩對的四個(gè)電壓放大器組成，每對電壓放大器配置并耦合成橫跨步進(jìn)電動機(jī)的相應(yīng)繞組。步進(jìn)電動機(jī)系統(tǒng)的例子包括步進(jìn)電動機(jī)，其包括第一和第二繞組以及鐵轉(zhuǎn)子；合成裝置，其用于數(shù)字地合成相對于彼此正交的第一準(zhǔn)正弦模擬電壓信號；放大裝置，其通信地耦合到合成裝置和步進(jìn)電動機(jī)，用于放大準(zhǔn)正弦模擬電壓信號以產(chǎn)生第二放大的準(zhǔn)正弦模擬電壓信號，并用于向步進(jìn)電動機(jī)的第一和第二繞組提供第二準(zhǔn)正弦模擬電壓信號。這樣的步進(jìn)電動機(jī)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)可包括下列特征中的一個(gè)或多個(gè)。合成裝置還用于給第一準(zhǔn)正弦模擬電壓信號補(bǔ)償步進(jìn)電動機(jī)所產(chǎn)生的反電動勢。合成裝置包括用于通過根據(jù)轉(zhuǎn)子的速度影響第一準(zhǔn)正弦模擬電壓信號中的每個(gè)的相位或幅度中的至少一個(gè)來給第一準(zhǔn)正弦模擬電壓信號補(bǔ)償步進(jìn)電動機(jī)所產(chǎn)生的反電動勢的補(bǔ)償裝置。合成裝置包括用于通過根據(jù)轉(zhuǎn)子的速度影響第一準(zhǔn)正弦模擬電壓信號中的每個(gè)的相位和幅度兩者來給第一準(zhǔn)正弦模擬電壓信號補(bǔ)償步進(jìn)電動機(jī)所產(chǎn)生的反電動勢的補(bǔ)償裝置。補(bǔ)償裝置包括相位補(bǔ)償值和相應(yīng)的期望步進(jìn)電動機(jī)速度值的非線性相位補(bǔ)償查找表；幅值定標(biāo)值和相應(yīng)的期望步進(jìn)電動機(jī)速度值的非線性幅值定標(biāo)查找表；以及包括準(zhǔn)正弦波形值和相應(yīng)的位置值的波形查找表的波形模塊?？刂撇竭M(jìn)電動機(jī)的方法的例子包括產(chǎn)生相對于彼此相位正交的第一和第二補(bǔ)償?shù)哪M電壓波形；放大第一和第二模擬電壓信號以產(chǎn)生第一和第二模擬繞組驅(qū)動電壓波形；以及將第一和第二模擬繞組驅(qū)動電壓波形分別應(yīng)用于步進(jìn)電動機(jī)的第一和第二繞組；其中根據(jù)步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子的速度給第一和第二補(bǔ)償?shù)哪M電壓波形補(bǔ)償相位或幅度中的至少一個(gè)。這樣的方法的實(shí)現(xiàn)可包括下列特征中的一個(gè)或多個(gè)。根據(jù)步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子的速 度給第一和第二補(bǔ)償?shù)哪M電壓波形補(bǔ)償相位和幅度兩者。產(chǎn)生第一和第二補(bǔ)償?shù)哪M電壓波形包括數(shù)字地合成步進(jìn)電動機(jī)速度指示和相應(yīng)的步進(jìn)電動機(jī)位置指示；基于相應(yīng)的步進(jìn)電動機(jī)速度指示來改變步進(jìn)電動機(jī)位置指示以產(chǎn)生相位補(bǔ)償?shù)奈恢弥甘?；基于相位補(bǔ)償?shù)奈恢弥甘緛頂?shù)字地合成第一和第二未按比例調(diào)整(unsealed)的準(zhǔn)正弦電壓波形，第 一和第二未按比例調(diào)整的準(zhǔn)正弦電壓波形相對于彼此相位正交；基于相應(yīng)于步進(jìn)電動機(jī)速度指示的幅值定標(biāo)值來按比例調(diào)整第一和第二未按比例調(diào)整的電壓波形以產(chǎn)生第一和第二按比例調(diào)整的準(zhǔn)正弦電壓波形；以及將第一和第二按比例調(diào)整的準(zhǔn)正弦波形從數(shù)字轉(zhuǎn)換到模擬以產(chǎn)生第一和第二按比例調(diào)整的準(zhǔn)正弦模擬波形作為第一和第二補(bǔ)償?shù)哪M電壓波形。該方法還可包括放大第一和第二按比例調(diào)整的準(zhǔn)正弦模擬波形以產(chǎn)生第一和第二模擬繞組驅(qū)動電壓波形。本文所述的術(shù)語和/或技術(shù)可提供下列能力以及未提到的其它能力中的一個(gè)或多個(gè)。電壓控制的驅(qū)動器未設(shè)置有反饋回路，其是100%開放式回路，比電流控制的驅(qū)動器更快地起作用和提供更準(zhǔn)確的輸出。用于搖動/俯仰/變焦(PTZ)監(jiān)視攝像機(jī)的步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器提高了位置準(zhǔn)確性并減小了功率損耗，同時(shí)也在機(jī)械系統(tǒng)中提供對高Q諧振的電阻阻尼，增加了定位系統(tǒng)在系統(tǒng)諧振出現(xiàn)的角速度附近和該角速度上的穩(wěn)定性。阻尼驅(qū)動器提供較容易的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和提高的性能，并可在沒有“不宜進(jìn)行的”電動機(jī)速度區(qū)域的情況下被使用。在固定位置處的靜態(tài)電動機(jī)繞組電流通過驅(qū)動電壓除以電動機(jī)繞組電阻來給出。因?yàn)殡妱訖C(jī)繞組電阻在值上比一般電流控制的驅(qū)動器分流電阻器大得多，靜態(tài)電動機(jī)繞組電流的準(zhǔn)確度在本文所述的電壓控制的驅(qū)動器中常常高得多，導(dǎo)致在電壓控制的驅(qū)動器中的靜態(tài)定位準(zhǔn)確度比在電流控制的驅(qū)動器中可實(shí)現(xiàn)的靜態(tài)定位準(zhǔn)確度準(zhǔn)確一個(gè)數(shù)量級。本文所述的電壓控制的驅(qū)動器沒有與電動機(jī)繞組串聯(lián)的分流器。因此，與具有分流電阻器的電流控制的驅(qū)動器比較，功率消耗減小了，且功率效率增加了。本文所述的電壓控制的驅(qū)動器未將大PWM電壓施加到電動機(jī)繞組。因此，與電流控制的驅(qū)動器比較，功率消耗減小了，且功率效率增加了，因?yàn)槲匆饻u流損耗。因?yàn)楸疚乃龅碾妷嚎刂频尿?qū)動器產(chǎn)生完全線性的雙極輸出(與具有過零誤差的電流控制的驅(qū)動器不同)，本文所述的電壓控制的驅(qū)動器沒有過零點(diǎn)處的誤差。因此，避免了在低速時(shí)的過零靜態(tài)定位誤差和過零扭矩凸點(diǎn)。
本文所述的電壓控制的驅(qū)動器具有非常低的幾乎短路的輸出阻抗。當(dāng)步進(jìn)電動機(jī)速度接近機(jī)械諧振時(shí)，在諧振頻率處的大量功率開始在電氣系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)之間振蕩。在電氣側(cè)上，諧振使反電動勢電壓在諧振頻率處在電動機(jī)繞組中產(chǎn)生。因?yàn)殡妱訖C(jī)驅(qū)動器輸出呈現(xiàn)非常低的阻抗，這個(gè)諧振反電動勢電壓將大量能量泵送到電動機(jī)繞組電阻中，這于是消耗諧振能量的相當(dāng)大一部分成為在電動機(jī)繞組中的熱，使諧振減弱。凈效應(yīng)是，與電壓控制的驅(qū)動器輸出的低阻抗結(jié)合的電動機(jī)繞組的電阻阻尼使機(jī)械諧振減弱，導(dǎo)致在機(jī)械諧振頻率附近的穩(wěn)定操作。上述效應(yīng)由除了所述方式以外的方式實(shí)現(xiàn)是可能的，且所述項(xiàng)目/技術(shù)可能不一定產(chǎn)生所述效應(yīng)。此外，本文討論的或從本文的討論可推出的至少一些實(shí)現(xiàn)可能并不提供所討論的能力中的一個(gè)或多個(gè)。通過下面的詳細(xì)描述，其它能力和應(yīng)用將變得明顯。附圖的簡要描述 圖I是視頻監(jiān)視系統(tǒng)的方框圖。圖2是圖I所示的搖動驅(qū)動器的數(shù)字信號處理器微控制器的方框圖。圖3是圖I所示的搖動驅(qū)動器的放大器和步進(jìn)電動機(jī)的示意圖。圖4是使用模擬電壓信號驅(qū)動圖3所示的步進(jìn)電動機(jī)的過程的方框流程圖。圖5是產(chǎn)生圖4所示的補(bǔ)償?shù)恼荒M電壓波形的方框流程圖。圖6A-6B是當(dāng)由電流控制的步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器(圖6A)驅(qū)動時(shí)的步進(jìn)電動機(jī)繞組電流和當(dāng)由電壓控制的步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器(圖6B)驅(qū)動時(shí)的步進(jìn)電動機(jī)繞組電流的實(shí)驗(yàn)結(jié)果O圖7是電流控制的步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器的方框圖。詳細(xì)描述提供了用于使用電壓輸入來控制步進(jìn)電動機(jī)的技術(shù)。電動機(jī)可用在各種應(yīng)用中，例如可移動的監(jiān)視攝像機(jī)中。提供了用于搖動/俯仰/變焦(PTZ)監(jiān)視攝像機(jī)的步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器，其包括向四個(gè)有效的D類電壓放大器提供電壓控制信號的數(shù)字信號處理器(DSP)微控制器。放大器使用DSP微控制器中的四個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器驅(qū)動兩個(gè)步進(jìn)電動機(jī)繞組。系統(tǒng)優(yōu)選地是沒有反饋的開環(huán)回路。驅(qū)動D類放大器的DSP微控制器在靜態(tài)和低角速度時(shí)使用非常精細(xì)的微步精度，其中期望非常準(zhǔn)確的定位。當(dāng)角速度增加且定位準(zhǔn)確度容差增加時(shí)，DSP微控制器可例如以與角速度成比例的連續(xù)速率減小微步精度，直到在高速度時(shí)，由于在連續(xù)的樣本之間的驅(qū)動波形中的大增加，微步精度非常低。優(yōu)選地，在微步精度水平上沒有分立的變化，只有對角速度的連續(xù)變化。當(dāng)電動機(jī)慢下來時(shí)，微步精度逐漸增加，一旦電動機(jī)停止就達(dá)到全精度。DSP控制器采用在當(dāng)前位置寄存器中產(chǎn)生的電動機(jī)電流信號，并將該信號轉(zhuǎn)換成施加到電動機(jī)繞組的電壓信號。電流到電壓轉(zhuǎn)換是基于電動機(jī)繞組電阻、電動機(jī)繞組電感和電動機(jī)繞組反EMF (電動勢)的非線性矢量函數(shù)(包括幅度和相位)。反電動勢與電動機(jī)速度線性地成比例，相對于角速度的伏特輸出隨電動機(jī)參數(shù)、設(shè)計(jì)和構(gòu)造而變化，且一般由電動機(jī)的制造商提供。DSP控制器使用兩個(gè)精細(xì)精度非線性查找表(LUT)實(shí)現(xiàn)非線性電流到電壓轉(zhuǎn)換，一個(gè)表用于幅值定標(biāo)，而一個(gè)表用于相移補(bǔ)償。DSP控制器還包含第三非線性表，以針對電動機(jī)的基本步長之間的電動機(jī)部分的非線性行為來校正施加到電動機(jī)繞組的正弦驅(qū)動信號，提供良好的靜態(tài)位置準(zhǔn)確性和在低速時(shí)的電機(jī)運(yùn)動的平穩(wěn)性。參考

圖1，視頻監(jiān)視系統(tǒng)10包括視頻監(jiān)控系統(tǒng)12和攝像機(jī)系統(tǒng)14。系統(tǒng)12、14為了雙向通信而由通信線14例如以太網(wǎng)電纜如第5類(CAT5)電纜連接。攝像機(jī)系統(tǒng)14在本例中是可移動的，搖動/俯仰/變焦(PTZ)系統(tǒng)包括攝像機(jī)16、搖動驅(qū)動器18、俯仰驅(qū)動器20、控制電路22。攝像機(jī)系統(tǒng)14可布置在保護(hù)圓頂(未示出)中。攝像機(jī)16可例如是百萬像素?cái)z像機(jī)并包括由從控制電路22接收的控制信號可控制的變焦特征。搖動驅(qū)動器18包括物理地連接到攝像機(jī)16并配置成在水平面中旋轉(zhuǎn)攝像機(jī)16的搖動電動機(jī)。俯仰驅(qū)動器20包括物理地連接到攝像機(jī)16并配置成在垂直面中旋轉(zhuǎn)攝像機(jī)16的俯仰電動機(jī)，水平面和垂直面彼此正交并相對于攝像機(jī)16的默認(rèn)方向而被限定。搖動和俯仰電動機(jī)是步進(jìn)電動機(jī)，具有由提供到每個(gè)電動機(jī)的兩個(gè)繞組的電流中的差異確定的電動機(jī)位置?？刂齐娐?2配置成響應(yīng)于通過通信線14從視頻監(jiān)控系統(tǒng)12接收的信號來給搖動驅(qū)動器18和俯仰驅(qū)動器20提供控制信號。搖動驅(qū)動器18和俯仰驅(qū)動器20中的每個(gè)優(yōu)選地包括電壓控制的微步電動機(jī)驅(qū)動器，以分別在水平面和垂直面中移動攝像機(jī)16。也參考圖2，搖動驅(qū)動器18包括數(shù)字信號處理器(DSP)微控制器30、一組(32)四 個(gè)電壓放大器34、以及步進(jìn)電動機(jī)36。雖然圖2所示的驅(qū)動器是搖動驅(qū)動器18，同一驅(qū)動器也可用作俯仰驅(qū)動器20。此外，圖2所示的驅(qū)動器可用于步進(jìn)電動機(jī)目前所用于的其它應(yīng)用，例如用于外科手術(shù)設(shè)備、3D打印機(jī)、工業(yè)自動化控制裝置、機(jī)床、醫(yī)療輸液泵、其它流體分配設(shè)備等，或用于在未來發(fā)展的步進(jìn)電動機(jī)的應(yīng)用。DSP微控制器30提供四個(gè)模擬輸出，其中，在幅度和相位上給這四個(gè)模擬輸出補(bǔ)償電動機(jī)36的速度相關(guān)的效應(yīng)。DSP微控制器30的輸出連接到四個(gè)電壓放大器34以有差別地驅(qū)動數(shù)對放大器34，且這些對電壓放大器34橫跨電動機(jī)36的相應(yīng)的第一和第二繞組38、39而連接。繞組38、39布置成相鄰于鐵轉(zhuǎn)子41，使得繞組38、39的選擇性激勵(lì)將使轉(zhuǎn)子41由于轉(zhuǎn)子41到繞組38、39的變化的吸引而旋轉(zhuǎn)。電壓驅(qū)動器18對電動機(jī)36呈現(xiàn)低的接近零(接近短路)的阻抗，而電流驅(qū)動器將對電動機(jī)36呈現(xiàn)非常高(理想地，無限的)阻抗。電壓驅(qū)動器的低阻抗幫助抵抗電動機(jī)速度中的異常，因?yàn)樗俣群臀恢玫臄_動將被對抗。DSP微控制器30除了別的以外還包括運(yùn)動軌跡控制邏輯40、加速度寄存器42、速度寄存器44、位置寄存器46、相位校正或補(bǔ)償模塊48、四象限(完整周期)準(zhǔn)正弦波形模塊50、幅度模塊52、DC源54、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)56和硬件乘法器58。因?yàn)槟K48、50、52分別包括相位補(bǔ)償查找表(LUT)、準(zhǔn)正弦(偽正弦)LUT和幅值定標(biāo)LUT，模塊48、50、52可被稱為LUT，雖然模塊包括固件或使用如所述的LUT的其它實(shí)體?？刂破?0包括配置成實(shí)現(xiàn)所述功能的硬件、固件和軟件(例如，存儲在控制邏輯40的存儲器中)。DSP微控制器30配置成處理或產(chǎn)生攝像機(jī)16的期望運(yùn)動的指示，并提供電壓輸出以引起電動機(jī)36的期望的相應(yīng)運(yùn)動?？刂破?0提供直接數(shù)字合成(DDS)，使用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理來產(chǎn)生頻率可調(diào)諧的、相位可調(diào)諧的信號。微控制器30在固件中實(shí)現(xiàn)DDS正交波形發(fā)生器。波形形狀在波形LUT50中給出并應(yīng)用于DAC 56，DAC 56重構(gòu)模擬波形。LUT 50包括存儲在微控制器存儲器中的整數(shù)常數(shù)的表。整數(shù)常數(shù)可被選擇來按需要提供任意波形。DDS技術(shù)的數(shù)字域控制可用于控制電壓輸出信號的波形、幅度、頻率和相位。波形頻率確定步進(jìn)電動機(jī)的角速度。通過調(diào)節(jié)DDS “調(diào)諧字(tuning word) ”來控制電動機(jī)速度。在這里是速度寄存器44的值的調(diào)諧字設(shè)定了合成器貫穿波形LUT 50序列化的速率。較大的調(diào)諧字導(dǎo)致貫穿LUT 50的較快循環(huán)，并因此導(dǎo)致因而產(chǎn)生的波形的較高頻率。波形的形狀由如根據(jù)相位累加器值選擇的LUT 50中的值指示。位置寄存器值將地址提供到相位累加器47中。相位累加器通過將速度變量(“調(diào)諧字”)加到在前的相位值來累加(增加或更新)在每個(gè)采樣時(shí)刻的相位。累加的相位被提供給LUT 50，其使用當(dāng)前相位調(diào)節(jié)的位置獲取波形的當(dāng)前幅度，并將幅度呈送到 DAC 56。DSP微控制器30配置成通過調(diào)節(jié)驅(qū)動繞組38、39的電壓的相位和幅度作為電動機(jī)速度的非線性函數(shù)來補(bǔ)償電動機(jī)36所引起的反電動勢?？刂破?0補(bǔ)償電動機(jī)36的速度相關(guān)的效應(yīng)。當(dāng)電動機(jī)36的速度增加時(shí)，繞組38、39的反電動勢和電抗增加。如果未被補(bǔ)償，這又將引起扭矩的減小。控制器30補(bǔ)償這些效應(yīng)以在繞組38、39中引起實(shí)質(zhì)上平穩(wěn)的、實(shí)質(zhì)上無噪聲的繞組電流。DSP控制器30配置成選擇所產(chǎn)生的波形的相位和幅度以產(chǎn)生電流來導(dǎo)出轉(zhuǎn)子41的位置，其匹配位置寄存器46所指示的確定的期望位置。參考圖4，進(jìn)一步參考圖1-3，使用模擬電壓信號驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)36的過程80包 括所示的步驟。然而過程80僅僅是例子而不是限制性的。在步驟82，產(chǎn)生補(bǔ)償?shù)恼荒M電壓波形。DSP微控制器產(chǎn)生正交的模擬電壓波形，以及在相位和幅度上給模擬電壓信號補(bǔ)償電動機(jī)36的速度。在步驟84，補(bǔ)償?shù)牟ㄐ斡煞糯笃?4放大。在步驟86，放大的信號施加到電動機(jī)繞組38、39以引起轉(zhuǎn)子41的運(yùn)動。也參考圖5，產(chǎn)生補(bǔ)償?shù)恼荒M電壓波形的步驟82包括所示的步驟。然而這些步驟僅僅是示例性過程而不是限制性的。在步驟90，DSP控制器30數(shù)字地合成步進(jìn)電動機(jī)速度指示和步進(jìn)電動機(jī)位置指示。加速度寄存器42、速度寄存器44和位置寄存器46的值分別按照加速度、速度和位置表示電動機(jī)36的當(dāng)前狀態(tài)。DSP控制器30是每個(gè)采樣時(shí)間間隔改變一次狀態(tài)的狀態(tài)機(jī)。采樣時(shí)間是設(shè)計(jì)變量，且是提供到控制器30以引起控制器30的狀態(tài)的更新的周期性信號。例如，在驅(qū)動器18中，控制器30的內(nèi)部定時(shí)器/計(jì)數(shù)器用于產(chǎn)生到處理器核心的中斷信號。核心通過執(zhí)行中斷服務(wù)例程(ISR)來作出響應(yīng)，中斷服務(wù)例程執(zhí)行操作以更新驅(qū)動波形輸出。在每個(gè)采樣時(shí)間間隔，通過將速度寄存器44的以前的值與加速度寄存器值求和來更新速度寄存器44，以及通過將位置寄存器的以前的值與速度寄存器值求和來更新位置寄存器46。運(yùn)動軌跡控制邏輯40通過在特定的采樣時(shí)間將加速度寄存器42設(shè)定為正值、負(fù)值或零來控制電動機(jī)36的運(yùn)動?？刂七壿?0也可按需要設(shè)定速度寄存器44的值，但將優(yōu)選地只實(shí)現(xiàn)速度的小變化，以幫助避免使電動機(jī)36停止運(yùn)轉(zhuǎn)。也可提供加加速度(jerk)寄存器，加速度寄存器值是以前的加速度寄存器值加上加加速度寄存器值。加加速度寄存器值因此指示電動機(jī)36的加速度的加速度。當(dāng)電動機(jī)36的速度增加時(shí)，加加速度寄存器值可以由控制邏輯40例如從零改變到正值，或甚至增加的正值。這幫助避免從零速度起的突然加速，同時(shí)提供具有增加的速度的增加的加速度。位置寄存器42的值被控制以實(shí)現(xiàn)連接到電動機(jī)36的負(fù)載的期望位置。命令由控制電路22提供到運(yùn)動軌跡控制邏輯40。邏輯40確定移動(順時(shí)針或逆時(shí)針)電動機(jī)36的方向，并實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動軌跡以使速度斜升和斜降，直到如電動機(jī)36的位置所指示的負(fù)載的當(dāng)前位置處于期望目標(biāo)位置。電動機(jī)36的角精度是設(shè)計(jì)參數(shù)，在這里非常精細(xì)，其是步進(jìn)電動機(jī)36的基本步長的1/256，基本步長是步進(jìn)電動機(jī)36的驅(qū)動波形的周期的1/4。精度由波形的相位的分辨率，即，在LUT 50中的條目的數(shù)量(更多的條目提供更精細(xì)的分辨率，且因此提供更小的微步尺寸，增加了實(shí)現(xiàn)波形的完整周期的單獨(dú)步長的數(shù)量)確定。較小的步長尺寸可減小抖動，特別是在較慢的速度時(shí)。在步驟92，LUT 48基于來自速度寄存器44的速度指示在相位上改變來自位置寄存器46的位置指示。因?yàn)榉措妱觿莺屠@組電抗隨著電動機(jī)速度而改變，在繞組電流和繞組電壓之間的轉(zhuǎn)換隨著電動機(jī)速度而非線性地改變。在每個(gè)速度值處，具有在繞組電流和橫跨電動機(jī)繞組38、39施加的電壓信號之間的固定相移角。因此，DSP微控制器30包括非線性相位補(bǔ)償LUT 48。LUT 48提供依賴于電動機(jī)36的特征(例如，(由于以伏特/弧度/秒給出的所產(chǎn)生的電動機(jī)角速度和電壓)電動機(jī)36的反電動式因子、繞組電阻和繞組電感電抗)和電動機(jī)36的速度的相移。對于應(yīng)用優(yōu)選地在標(biāo)稱繞組電流水平處為特定的電動機(jī)36校準(zhǔn)非線性LUT 48 (例如，以抵消在每個(gè)轉(zhuǎn)子速度處的引起的相位角度)。這可在實(shí)驗(yàn)上或通過使用電動機(jī)36的所提供的特征來完成。對不同的電動機(jī)36和/或不同的標(biāo)稱繞組電 流水平使用不同的LUT，即，具有不同的條目值。LUT 48在位置指示被輸入到LUT 50之前在相位上改變位置指示，以影響由LUT 50輸出的波形的形狀。在位置寄存器46的輸出處，在準(zhǔn)正弦LUT 50之前應(yīng)用由LUT 48提供的相移轉(zhuǎn)換。基于速度寄存器44的當(dāng)前值，相位補(bǔ)償值從非線性相位補(bǔ)償LUT 48讀取，且這個(gè)相位補(bǔ)償值被加到位置值以使兩個(gè)繞組信號相移，從而補(bǔ)償由電動機(jī)36的運(yùn)動引起的反電動勢。相位改變的位置指示分裂成正交指示。因?yàn)槔@組38、39中的電流是正交的，即，相對于彼此異相90度，第一和第二繞組38、39的電流值是不同的。為了找到第二繞組39的繞組電流值，用于找到第一繞組38的電流值的位置寄存器46的位置值在被應(yīng)用于非線性準(zhǔn)正弦查找表50之前被移動了一個(gè)基本步長。位置指示被分裂(復(fù)制)，且90°相移被引入到位置指示之一，以產(chǎn)生相對于彼此正交的兩個(gè)相位改變的位置指示。相位改變的正交位置指示被輸入到LUT 50。在步驟94，LUT 50使用相位改變的位置指示來數(shù)字地合成未按比例調(diào)整的準(zhǔn)正弦正交波形。為了將位置寄存器值轉(zhuǎn)變?yōu)樵撐恢玫碾妱訖C(jī)繞組電流值，非線性準(zhǔn)正弦LUT50被使用。LUT 50是保持驅(qū)動波形的所采樣的整數(shù)表示的波形LUT，即，存儲在程序存儲器中的常數(shù)表。樣本的數(shù)量(記錄長度)和位的數(shù)量(分辨率)是被調(diào)整成適應(yīng)于應(yīng)用的要求的設(shè)計(jì)變量。LUT 50用于基于繞組電流和轉(zhuǎn)子位置的已知關(guān)系，來將步長和微步坐標(biāo)轉(zhuǎn)變成接近正弦的繞組電流值以引起轉(zhuǎn)子41的相應(yīng)的期望運(yùn)動。在這里，作為例子，LUT 50包括對完整的360度波形的幅度值編碼的1，024個(gè)10位條目。例如對于在四個(gè)象限中對稱的波形，其它實(shí)現(xiàn)是可能的，可使用用于90°的波形的條目，兩位代碼用于指示信號的極性和穿過表前進(jìn)的方向。使用位置和LUT 50找到的繞組電流值將用于向電動機(jī)36的第一繞組38提供電壓。LUT 50的輸出51是指示將被施加到繞組38、39的模擬準(zhǔn)正弦電壓信號的準(zhǔn)正弦數(shù)字繞組驅(qū)動器信號。到目前為止討論的轉(zhuǎn)變是在采樣時(shí)從期望位置到基于位置寄存器46的狀態(tài)而計(jì)算的期望繞組電流的轉(zhuǎn)變。然而，步進(jìn)電動機(jī)36由具有模擬電壓波形的電壓放大器34驅(qū)動。因此，DSP微控制器30配置成將繞組電流信號轉(zhuǎn)換成在這里在LUT 50和乘法器58中的電壓信號。
電流到電壓的轉(zhuǎn)換是非線性的，且基于繞組38、39的電阻、繞組38、39的電感以及電動機(jī)36的反電動勢電壓。對于電動機(jī)36的恒定速度狀態(tài)，繞組電流Im的幅值由下式給出=(I)
丨 A/| R +X 1Hi ^ yiM其中Vd是施加到繞組的電動機(jī)驅(qū)動器的輸出電壓；Vbx是與驅(qū)動電壓同相的電動機(jī)反電動勢的分量；
Vby是與驅(qū)動電壓正交的電動機(jī)反電動勢的分量；Rm是在考慮中的電動機(jī)繞組的電阻；以及Xm是在考慮中的電動機(jī)繞組的電抗。在步驟96，LUT 52基于來自速度寄存器44的速度指示來按比例調(diào)整來自LUT 50的未按比例調(diào)整的準(zhǔn)正弦正交波形。如同上面討論的相移一樣，在每個(gè)速度值處，具有在繞組電流和橫跨電動機(jī)繞組38、39的電壓準(zhǔn)正弦信號之間的固定幅值增益。因此，DSP微控制器30包括非線性幅度轉(zhuǎn)換LUT 52。LUT 52提供依賴于電動機(jī)36的特征(包括電動機(jī)36的繞組電阻、繞組電感和反電動勢)和電動機(jī)36的速度的幅度調(diào)節(jié)，以根據(jù)速度(波形頻率)將繞組電流保持在目標(biāo)水平處。對于應(yīng)用優(yōu)選地在標(biāo)稱繞組電流水平處為特定的電動機(jī)36校準(zhǔn)非線性LUT 52。對不同的電動機(jī)36和/或不同的標(biāo)稱繞組電流水平使用不同的LUT，即，具有不同的條目值。在準(zhǔn)正弦LUT 50之前應(yīng)用幅度轉(zhuǎn)換?；谒俣燃拇嫫?4的當(dāng)前值，幅值定標(biāo)值從非線性幅值定標(biāo)LUT 52讀取。這個(gè)幅值定標(biāo)值應(yīng)用于乘法器58，以使定標(biāo)值乘以準(zhǔn)正弦LUT 50的兩個(gè)正交輸出51中的每個(gè)，以產(chǎn)生按比例調(diào)整的正交電壓信號59。信號59根據(jù)方程(I)提供適當(dāng)?shù)碾妷海砸鹗褂肔UT 50確定的電流。使用停止或低速度時(shí)的電動機(jī)，相位補(bǔ)償為零，且幅值定標(biāo)因子等于常數(shù)，其等于電動機(jī)繞組電阻。在停止或低速度時(shí)，繞組電流到電壓轉(zhuǎn)換隨著速度非常恒定，且非常準(zhǔn)確。因此在停止或低速度時(shí)，在位置寄存器46和實(shí)際電動機(jī)角位置之間的誤差非常小，大約幾毫度。使用應(yīng)用于位置信號的相位補(bǔ)償和應(yīng)用于正交繞組電流信號51的幅值定標(biāo)轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生一對正交繞組電壓信號59。這兩個(gè)電壓信號59用于在每個(gè)米樣時(shí)間將電壓施加到電動機(jī)繞組38、39，以產(chǎn)生期望的電動機(jī)繞組電流，從而幫助在每個(gè)采樣時(shí)期保持電動機(jī)角位置與位置寄存器46同步。因?yàn)殡妱訖C(jī)繞組38、39中的每個(gè)與兩個(gè)電壓放大器有差別地被驅(qū)動，DSP微控制器30配置成為電動機(jī)繞組38、39中的每個(gè)產(chǎn)生第二反向的電壓信號。通過取2的補(bǔ)數(shù)(在被128除之后，如所示)來反轉(zhuǎn)信號59ρ592中的每個(gè)。此外，控制器30將來自DC源54i_544中的每個(gè)的DC偏壓施加到電壓信號和反向的電壓信號。DC偏壓被選擇成在單極電源的中點(diǎn)處偏置放大器34的輸出中的每個(gè)。在步驟98，DC偏置的信號從數(shù)字轉(zhuǎn)換到模擬形式，用于施加到繞組38、39。DC偏置的電壓由DAC 56r564從數(shù)字轉(zhuǎn)換到模擬形式，從DSP微控制器30提供四個(gè)模擬輸出電壓信號6(^-60^
再次參考圖4，在步驟84，來自控制器30的補(bǔ)償?shù)牟ㄐ伪环糯笠援a(chǎn)生模擬繞組驅(qū)動電壓波形。由控制器30輸出的波形60被提供到放大器34中的各個(gè)放大器。在這里，放大器34是D類放大器。放大器34的輸入是穿過分流電阻的模擬信號60。放大器34將信號調(diào)制為接通和斷開，以放大輸入信號。經(jīng)調(diào)制的信號被濾波，提供平穩(wěn)的準(zhǔn)正弦模擬輸出電壓信號62。在步驟86,由D類放大器電路34放大并作為信號62輸出的信號被施加到電動機(jī)繞組38、39。與使用電流控制的驅(qū)動器不同，圖2的電壓控制的驅(qū)動器不使用與電動機(jī)繞組38、39串聯(lián)的分流器。實(shí)駘結(jié)果圖6A-6B示出比較電流控制器的驅(qū)動器的繞組信號波形和驅(qū)動器18的繞組信號波形的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。如在圖6A中看到的，嚴(yán)重的諧波畸變存在于該電流控制的驅(qū)動器中，弓丨 起不穩(wěn)定的位置控制，且因而引起位置不準(zhǔn)確性、以及電動機(jī)中的噪聲和振動。相反，如在圖6B中看到的，驅(qū)動器18提供平穩(wěn)的一致地間隔開的正交驅(qū)動器信號，導(dǎo)致電動機(jī)36的準(zhǔn)確的位置控制和平穩(wěn)運(yùn)動。其它考慮因素對所給出的特定例子進(jìn)行變化和修改，而不偏離本公開或權(quán)利要求的范圍。本文所公開的特定例子不是對下面的權(quán)利要求的限制。例如，雖然上面的描述將合成波形的相位和幅度的補(bǔ)償描述為隨步進(jìn)電動機(jī)速度而變化，但通過移除上面討論的相應(yīng)部件，可使用補(bǔ)償相位或幅度但不是兩者的實(shí)現(xiàn)。其它例子和實(shí)現(xiàn)在本公開和所附權(quán)利要求的范圍和精神內(nèi)。例如，由于軟件的性質(zhì)，可使用由處理器、硬件、固件、硬接線或這些中的任意項(xiàng)的組合所執(zhí)行的軟件來實(shí)現(xiàn)上述功能。實(shí)現(xiàn)功能的特征也可物理地位于不同的位置處，包括被分布成使得功能的部分在不同的物理位置處實(shí)現(xiàn)。此外，如本文所使用的，包括在權(quán)利要求中，在以“…的至少一個(gè)”開始的項(xiàng)目的列表中使用的“或”指示分離性的列表，使得例如“A、B或C中的至少一個(gè)”的列表意指A或B或C或AB或AC或BC或ABC卿，A和B和C)?？筛鶕?jù)特定的要求做出對所述配置的實(shí)質(zhì)變化。例如，也可使用定制的硬件，和/或特定的元件可在硬件、軟件(包括便攜式軟件，例如小應(yīng)用程序等)或兩者中實(shí)現(xiàn)。此外，可使用到其它計(jì)算設(shè)備例如網(wǎng)絡(luò)輸入/輸出設(shè)備的連接。如本文使用的術(shù)語“機(jī)器可讀介質(zhì)”和“計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)”指參與提供使機(jī)器以特定的方式操作的數(shù)據(jù)的任何介質(zhì)。在使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的實(shí)施方式中，各種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可參與向處理器提供指令/代碼用于執(zhí)行，和/或可用于存儲和/或攜帶這樣的指令/代碼(例如，作為信號)。在很多實(shí)現(xiàn)中，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)是物理和/或有形存儲介質(zhì)。這樣的介質(zhì)可采取很多形式，包括但不限于非易失性介質(zhì)、易失性介質(zhì)和傳輸介質(zhì)。非易失性介質(zhì)包括例如光盤和/或磁盤。易失性介質(zhì)沒有限制地包括動態(tài)存儲器。傳輸介質(zhì)沒有限制地包括同軸電纜、銅線和光纖。因此，傳輸介質(zhì)也可采取波(沒有限制地包括無線電波、聲波和/或光波，例如在無線電波和紅外數(shù)據(jù)通信期間產(chǎn)生的那些波)的形式。物理和/或有形計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的一般形式包括例如軟盤、柔性盤、硬盤、磁帶、或任何其它磁性介質(zhì)、CD-ROM、任何其它光學(xué)介質(zhì)、穿孔卡、紙帶紙條、具有孔的圖案的任何其它物理介質(zhì)、RAM、PR0M、EPR0M、閃速EPR0M、任何其它存儲芯片或磁帶盒、如下文中描述的載波、或任何其它介質(zhì)，計(jì)算機(jī)可從其讀取指令和/或代碼。各種形式的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可參與將一個(gè)或多個(gè)指令的一個(gè)或多個(gè)序列傳送到處理器用于執(zhí)行。僅作為例子，可最初在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的磁盤和/或光盤上攜帶指令。遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)可將指令裝入其動態(tài)存儲器中，并通過傳輸介質(zhì)發(fā)送指令作為信號以由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接收和/或執(zhí)行。可以是電磁信號、聲信號、光信號和/或類似信號的形式的這些信號都是載波的例子，指令可根據(jù)本發(fā)明的各種配置在載波上被編碼。上面討論的方法、系統(tǒng)和設(shè)備是例子。各種配置可在適當(dāng)時(shí)省略、代替或添加各種過程或部件。例如，在可選的配置中，可按與所述的順序不同的順序執(zhí)行方法，以及可添加、省略或組合各種步驟。此外，關(guān)于某些配置描述的特征可被組合在各種其它配置中。可以用類似的方式組合配置的不同方面和元件。此外，技術(shù)逐漸發(fā)展，且因此很多元件是例子而不限制本公開或權(quán)利要求的范圍。
在描述中給出特定的細(xì)節(jié)以提供對示例性配置(包括實(shí)現(xiàn))的全面理解。然而，可以在沒有這些特定細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐配置。例如，示出了公知的電路、過程、算法、結(jié)構(gòu)和技術(shù)而沒有不必要的細(xì)節(jié)，以便避免使配置難理解。本描述僅提供示例性配置，而不是限制權(quán)利要求的范圍、適用性或配置。更確切地，配置的前面描述將給本領(lǐng)域技術(shù)人員提供用于實(shí)現(xiàn)所述技術(shù)的可行的描述?？稍谠墓δ芎筒贾蒙献龀龈鞣N改變而不偏離本公開的精神或范圍。此外，前面的描述詳述了安全攝像機(jī)系統(tǒng)。然而，本文所述的系統(tǒng)和方法可一般適用于其它形式的攝像機(jī)系統(tǒng)或其它系統(tǒng)。此外，可將配置描述為過程，其被描繪為流程圖或方框圖。雖然每個(gè)過程可將操作描述為連續(xù)的過程，很多操作可被并行或同時(shí)執(zhí)行。此外，可重新安排操作的順序。過程可具有未包括在附圖中的額外步驟。此外，方法的例子可由硬件、軟件、固件、中間件、微代碼、硬件描述語言或其任何組合實(shí)現(xiàn)。當(dāng)以軟件、固件、中間件或微代碼實(shí)現(xiàn)時(shí)，執(zhí)行必要的任務(wù)的程序代碼或代碼段可存儲在非臨時(shí)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)例如存儲介質(zhì)中。處理器可執(zhí)行所述任務(wù)。在描述了幾個(gè)示例性配置后，可使用各種修改、可選的結(jié)構(gòu)和等效形式，而不偏離本公開的精神。例如，上面的元件可以是較大的系統(tǒng)的部件，其中其它規(guī)則可優(yōu)先于或以另外方式修改所討論的技術(shù)的應(yīng)用。此外，可在考慮上述元件之前、期間或之后著手進(jìn)行多個(gè)步驟。因此，上面的描述不限制權(quán)利要求的范圍。此外，可公開多于一個(gè)發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器系統(tǒng)，包括 數(shù)字信號控制器，其配置成數(shù)字地合成多個(gè)合成模擬電壓信號，所述多個(gè)合成模擬電壓信號當(dāng)被施加到一對步進(jìn)電動機(jī)繞組時(shí)將引起步進(jìn)電動機(jī)的期望速度；以及 多個(gè)電壓放大器，其通信地耦合到所述數(shù)字信號控制器，配置成放大所述多個(gè)合成模擬電壓信號以產(chǎn)生多個(gè)放大的模擬電壓信號并輸出所述放大的模擬電壓信號； 其中所述數(shù)字信號控制器配置成通過根據(jù)所述步進(jìn)電動機(jī)的期望速度影響所述多個(gè)模擬電壓信號中的每個(gè)的相位或幅度中的至少一個(gè)來合成所述多個(gè)模擬電壓信號。
2.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述數(shù)字信號控制器包括相位補(bǔ)償模塊，所述相位補(bǔ)償模塊包括相位補(bǔ)償值和相應(yīng)的期望步進(jìn)電動機(jī)速度值的非線性查找表。
3.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述數(shù)字信號控制器包括幅度模塊，所述幅度模塊包括幅值定標(biāo)值和相應(yīng)的期望步進(jìn)電動機(jī)速度值的非線性幅值定標(biāo)查找表。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中 所述數(shù)字信號控制器包括相位補(bǔ)償模塊，所述相位補(bǔ)償模塊包括相位補(bǔ)償值和相應(yīng)的期望步進(jìn)電動機(jī)速度值的非線性相位補(bǔ)償查找表； 所述數(shù)字信號控制器包括波形模塊，所述波形模塊包括準(zhǔn)正弦波形值和相應(yīng)的位置值的波形查找表；以及 所述數(shù)字信號控制器配置成 確定當(dāng)前期望步進(jìn)電動機(jī)速度； 使用所述相位補(bǔ)償查找表確定相應(yīng)于所述當(dāng)前期望步進(jìn)電動機(jī)速度的當(dāng)前相位補(bǔ)償值； 將所述當(dāng)前相位補(bǔ)償值應(yīng)用于當(dāng)前位置值以產(chǎn)生相位校正的位置值； 使用所述波形查找表確定相應(yīng)于所述相位校正的位置值的波形值； 使用所述幅值定標(biāo)查找表確定相應(yīng)于所述當(dāng)前期望步進(jìn)電動機(jī)速度的當(dāng)前幅值定標(biāo)值；以及 使用所述當(dāng)前幅值定標(biāo)值來按比例調(diào)整所述波形值以產(chǎn)生多個(gè)放大的模擬電壓信號。
5.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中 所述多個(gè)電壓放大器是由供電電壓饋電的D類放大器； 所述數(shù)字信號處理器包括相應(yīng)的多個(gè)偏壓源和相應(yīng)的多個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC);以及所述偏壓源耦合和配置成偏置輸入到所述DAC的信號，使得所述放大的模擬電壓信號被偏置到所述供電電壓的中點(diǎn)。
6.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)放大的模擬電壓信號具有準(zhǔn)正弦形狀。
7.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，還包括通信地耦合到所述多個(gè)電壓放大器的所述步進(jìn)電動機(jī)，所述多個(gè)電壓放大器由布置成兩對的四個(gè)電壓放大器組成，每對電壓放大器橫跨所述步進(jìn)電動機(jī)的相應(yīng)繞組被配置和耦合。
8.—種步進(jìn)電動機(jī)系統(tǒng)，包括 步進(jìn)電動機(jī)，其包括第一繞組和第二繞組以及鐵轉(zhuǎn)子； 合成裝置，其用于數(shù)字地合成相對于彼此正交的第一準(zhǔn)正弦模擬電壓信號； 放大裝置，其通信地耦合到所述合成裝置和所述步進(jìn)電動機(jī)，用于放大所述準(zhǔn)正弦模擬電壓信號以產(chǎn)生第二放大的準(zhǔn)正弦模擬電壓信號，并用于向所述步進(jìn)電動機(jī)的所述第一繞組和第二繞組提供所述第二準(zhǔn)正弦模擬電壓信號。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述合成裝置還用于給所述第一準(zhǔn)正弦模擬電壓信號補(bǔ)償所述步進(jìn)電動機(jī)所產(chǎn)生的反電動勢。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述合成裝置包括一補(bǔ)償裝置，該補(bǔ)償裝置用于通過根據(jù)所述轉(zhuǎn)子的速度影響所述第一準(zhǔn)正弦模擬電壓信號中的每個(gè)的相位或幅度中的至少一個(gè)來給所述第一準(zhǔn)正弦模擬電壓信號補(bǔ)償所述步進(jìn)電動機(jī)所產(chǎn)生的反電動勢。
11.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述合成裝置包括一補(bǔ)償裝置，該補(bǔ)償裝置用于通過根據(jù)所述轉(zhuǎn)子的速度影響所述第一準(zhǔn)正弦模擬電壓信號中的每個(gè)的相位和幅度兩者來給所述第一準(zhǔn)正弦模擬電壓信號補(bǔ)償所述步進(jìn)電動機(jī)所產(chǎn)生的反電動勢。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述補(bǔ)償裝置包括 相位補(bǔ)償值和相應(yīng)的步進(jìn)電動機(jī)速度值的非線性相位補(bǔ)償查找表； 幅值定標(biāo)值和相應(yīng)的期望步進(jìn)電動機(jī)速度值的非線性幅值定標(biāo)查找表；以及 包括準(zhǔn)正弦波形值和相應(yīng)的位置值的波形查找表的波形模塊。
13.—種控制步進(jìn)電動機(jī)的方法，所述方法包括 產(chǎn)生相對于彼此相位正交的第一補(bǔ)償?shù)哪M電壓波形和第二補(bǔ)償?shù)哪M電壓波形；放大所述第一模擬電壓波形和所述第二模擬電壓波形以產(chǎn)生第一模擬繞組驅(qū)動電壓波形和第二模擬繞組驅(qū)動電壓波形；以及 將所述第一模擬繞組驅(qū)動電壓波形和所述第二模擬繞組驅(qū)動電壓波形分別應(yīng)用于步進(jìn)電動機(jī)的第一繞組和第二繞組； 其中根據(jù)所述步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子的速度給所述第一補(bǔ)償?shù)哪M電壓波形和第二補(bǔ)償?shù)哪M電壓波形補(bǔ)償相位或幅度中的至少一個(gè)。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中根據(jù)所述步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子的速度給所述第一補(bǔ)償?shù)哪M電壓波形和第二補(bǔ)償?shù)哪M電壓波形補(bǔ)償相位和幅度兩者。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中產(chǎn)生第一補(bǔ)償?shù)哪M電壓波形和第二補(bǔ)償?shù)哪M電壓波形包括 數(shù)字地合成步進(jìn)電動機(jī)速度指示和相應(yīng)的步進(jìn)電動機(jī)位置指示； 基于相應(yīng)的步進(jìn)電動機(jī)速度指示來改變所述步進(jìn)電動機(jī)位置指示以產(chǎn)生相位補(bǔ)償?shù)奈恢弥甘荆? 基于所述相位補(bǔ)償?shù)奈恢弥甘緛頂?shù)字地合成第一未按比例調(diào)整的準(zhǔn)正弦電壓波形和第二未按比例調(diào)整的準(zhǔn)正弦電壓波形，所述第一未按比例調(diào)整的準(zhǔn)正弦電壓波形和第二未按比例調(diào)整的準(zhǔn)正弦電壓波形相對于彼此相位正交； 基于相應(yīng)于所述步進(jìn)電動機(jī)速度指示的幅值定標(biāo)值來按比例調(diào)整所述第一未按比例調(diào)整的電壓波形和第二未按比例調(diào)整的電壓波形，以產(chǎn)生第一按比例調(diào)整的準(zhǔn)正弦波形和第二按比例調(diào)整的準(zhǔn)正弦波形；以及 將所述第一按比例調(diào)整的準(zhǔn)正弦波形和所述第二按比例調(diào)整的準(zhǔn)正弦波形從數(shù)字的轉(zhuǎn)換為模擬的，以產(chǎn)生第一按比例調(diào)整的準(zhǔn)正弦模擬波形和第二按比例調(diào)整的準(zhǔn)正弦模擬波形作為所述第一補(bǔ)償?shù)哪M電壓波形和第二補(bǔ)償?shù)哪M電壓波形。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括放大所述第一按比例調(diào)整的準(zhǔn)正弦模擬波形和所述第二按比例調(diào)整的準(zhǔn)正弦模擬波形以產(chǎn)生所述第一模擬繞組驅(qū)動電壓波形和所述第二模擬繞組驅(qū)動電壓 波形。
全文摘要
步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器系統(tǒng)包括數(shù)字信號控制器，其配置成數(shù)字地合成當(dāng)被施加到一對步進(jìn)電動機(jī)繞組時(shí)將引起步進(jìn)電動機(jī)的期望速度的合成模擬電壓信號；以及電壓放大器，其通信地耦合到數(shù)字信號控制器，配置成放大所述合成模擬電壓信號以產(chǎn)生放大的模擬電壓信號并輸出放大的模擬電壓信號；其中數(shù)字信號控制器配置成通過根據(jù)步進(jìn)電動機(jī)的期望速度影響模擬電壓信號中的每個(gè)的相位或幅度中的至少一個(gè)來合成模擬電壓信號。
文檔編號G05B19/40GK102918762SQ201180015546
公開日2013年2月6日 申請日期2011年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月23日
發(fā)明者克利福德·W·T·韋伯, 布萊恩·F·雷利 申請人:派爾高公司