[發明專利]步進電機的一體化控制驅動器及控制驅動方法

有效

• 申請號: 201110033403.2
• 申請日: 2011-01-30
• 公開（公告）號: CN102624308A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 朱海鴻
• 申請（專利權）人: 上海優愛寶機器人技術有限公司
• 主分類號: H02P8/40
• 分類號: H02P8/40
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 王松

技術領域

本發明屬于機電控制技術領域，涉及一種步進電機的一體化控制驅動器及控制驅動方法。

背景技術

步進電機是一種將電脈沖信號轉換成角位移或線位移的精密執行元件。由于步進電機具有控制方便、體積小等特點，所以在數控系統、自動生產線、自動化儀表、繪圖機和計算機外圍設備中得到廣泛應用。近年來，隨著微電子學的迅速發展和微型計算機的普及與應用，傳統的硬件電路構成的龐大復雜的控制器得以用軟件實現，縮小了體積，降低了成本，同時也提高了控制的靈活性，可靠性及多功能性。

傳統的分體式步進電機控制系統如圖1所示，由一臺用戶上位機、一塊4～8軸運動控制卡、1～8臺驅動器構成，控制1～8臺電機。從圖1可知，該傳統的分體式步進電機控制系統體積龐大，接線復雜。對于一個由8個電機組成的系統，運動控制卡和所有驅動器之間用于控制信號的導線可達24根以上；此外，還需加上32根步進電機和驅動器之間的接線。所以，終端用戶要面臨高達56根的導線連接和后續維護。從控制層面看，所有八套電機的運動控制全由一塊運動控制卡完成，因此控制軟件的編制和維護是一項非常大的工程；同時該類型的運動控制卡價格昂貴，對用戶上位機的要求也頗高。

鑒于傳統的分體式步進電機控制系統體積龐大、接線復雜等缺陷，國際上興起一種一體化步進電機控制驅動器的控制系統。這種一體化步進電機控制驅動器的概念體現了整個機電控制領域的總趨勢，即小型化，信息化和智能化。這種電機控制驅動器是基于嵌入式微處理器實現的，該控制系統具有體積小，成本低、使用靈活的特點，廣泛應用于數控機床、機器人、定量進給、工業自動控制以及各種可控的有定位要求的機械工具等領域。該電機控制驅動器的體積為現有產品的1/10以下，可以和電機連為一體。不僅如此，其重要的特征在于嵌入式微處理器能夠完成絕大部分運動控制功能。在此之前，這些運動控制功能在傳統的控制系統中必須由用戶上位機完成，占用用戶上位機30％～60％以上的計算負荷。如圖2所示，國外一體化步進電機控制系統由一臺用戶上位機和1～50臺一體化帶控制驅動器的步進電機構成。該國外一體化步進電機驅動控制系統的內部結構如圖3所示。步進電機和步進電機驅動控制器是有機地組合在一起的，電機和驅動器之間的連線由廠家完成，終端用戶一般只需用兩根導線就可以將所有電機并聯在一起(不包括電機電源線)，因此整個系統的導線數大大降低，一般整個系統的導線總數(包括電源線)在四根左右。同時，該驅動控制器內部自帶運動控制功能，以及一些簡單的傳感器輸入輸出功能，從而在一定程度上免去了運動控制卡以及傳感器信號采集卡。這種控制系統，接線簡單，維護方便，同時對用戶上位機的軟硬件要求大大下降。此外，由于步進電機和驅動器有機地組合為一體，之間的匹配問題已由廠家完成，故而整體性能要比傳統的分體式步進電機控制系統高得多。

但是目前的一體化控制驅動器仍存在控制結構簡單實時性能不夠高，體積不夠小等問題。由于目前的一體化控制驅動器多采用查詢方式或者簡單的定時反饋方式，所以在對一些運動過程控制時，需要用戶的上位機(主控制機)不停地詢問和關注當前的運動參數，以期當電機到達一些關鍵控制點時能夠及時作出反應。這樣的做法導致大量上位機工作被浪費在無謂的反復查詢通訊上，同時也增加了通訊總線上的負荷。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種步進電機的一體化控制驅動器，該控制驅動器能夠減輕用戶上位機的工作負荷；

此外，本發明還提供上述步進電機的一體化控制驅動器的控制驅動方法。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案。

一種步進電機的一體化控制驅動器，包括電源管理模塊、驅動和功放電路、嵌入式微處理系統、通訊驅動電路；所述電源管理模塊與嵌入式微處理系統相連，用以控制嵌入式微處理系統的供電；所述嵌入式微處理系統與驅動和功放電路相連，用以控制處理驅動和功放電路的工作；所述嵌入式微處理系統與通訊驅動電路相連，用以控制通訊驅動電路的工作狀態；所述嵌入式微處理系統包括通信協議處理模塊、指令反饋處理模塊、運動控制模塊、數字信號處理模塊、TTL電平輸出控制模塊、傳感器輸入控制模塊；所述通信協議處理模塊與指令反饋處理模塊相連；所述指令反饋處理模塊分別與運動控制模塊、數字信號處理模塊、TTL電平輸出控制模塊、傳感器輸入控制模塊相連；所述運動控制模塊、數字信號處理模塊、TTL電平輸出控制模塊和傳感器輸入控制模塊通過數據指令總線互相通信；所述嵌入式微處理系統中的運動控制模塊與驅動和功放電路相連，用以控制處理驅動和功放電路的工作；所述嵌入式微處理系統中的通信協議處理模塊與通訊驅動電路相連，用以控制通訊驅動電路的工作狀態。