[實用新型]步進電機運動控制器

有效

• 申請號: 201220176339.3
• 申請日: 2012-04-24
• 公開（公告）號: CN202513866U
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發明（設計）人: 廖高華
• 申請（專利權）人: 南昌工程學院
• 主分類號: H02P8/14
• 分類號: H02P8/14;H02P8/18
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

技術領域

本實用新型涉及電氣設備，特別是步進電機運動控制器。

背景技術

步進電機的轉速及所旋轉的角度由輸入脈沖的速率和總脈沖數所決定，其旋轉角誤差不會逐步累積。在實際中常需要調節步進電機的旋轉速度或步進量，即需要一個能精確設定脈沖速率和脈沖總數的脈沖發生器。主控器輸出信號，通過脈沖發生器完成步進電機位置、正反轉、升降、降速控制等一系列復雜的控制和插補運算。脈沖發生器和插補運算的設計可以通過單片機及采用專用邏輯電路的方法來實現，但采用單片機實現受其時鐘頻率的限制，實現精度低、抗干擾能力差，很難實現非整數時鐘周期的脈沖信號。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種性價比高的步進電機運動控制器，以增強型并行口（EPP）為通信接口，FPGA實現脈沖信號發生器，高速單片機為主控器，利用計算機資源，實現步進脈沖信號連續、穩定可調和聯動插補。控制器用于跟蹤控制時，定位準確實時可靠，人機接口方便，具有良好的適應性和自保護能力。

本實用新型步進電機運動控制器的技術方案如下：它包括與高速單片機W77E58電路連接的存儲器、信號處理電路、人機界面模塊、看門狗電路、通信電路及并行通信接口（EPP）、現場可編程門陣列（FPGA）模塊，所述存儲器固化有控制算法的程序，與計算機機構成上下位機控制結構，上下位機通信是通過EPP協議通信連接。本實用新型負責運動控制，可以輸出步進脈沖和方向信號，以控制電機的運轉；同時可外接限位信號，控制系統對外接信號檢測并做出相應處理，，采用軟硬件的開放式、模塊化設計。

本實用新型步進電機控制器采用VHDL為設計手段，可編程邏輯器件為載體，可隨時根據應用場合修改輸出脈沖參數，實現脈沖分配。增強型并行口EPP通信的方式是一種高效實時通信模式，在數據傳輸速度、可靠性、硬件電路的簡單性等方面都有較大的改善；軟硬件采用模塊化的設計，控制靈活，集成度高，控制器減小了體積、降低開發成本，有效地提高步進電動機系統的運行效果。

附圖說明

圖1為本實用新型電機控制系統圖。

圖2為本實用新型升速過程圖。

圖3?為本實用新型通信接口電路。

圖4為本實用新型顯示鍵盤接口電路。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型進一步描述：

一種步進電機運動控制器，其特征在于：它包括與高速單片機W77E58電路連接的存儲器、信號處理電路、人機界面模塊、看門狗電路、通信電路及并行通信接口、FPGA模塊，所述存儲器固化有控制算法的程序，與計算機機構成上下位機控制結構，上下位機通信是通過EPP協議通信連接。

本實用新型FPGA數字模塊，由FPGA設計的內部定時/計數器構成，定時/計數器的定時值和定時范圍可由軟件設定和改變。設定好定時器的工作方式并裝入數值后，其便能夠工作，不占用大量時間，使用方便，功能較強。當內部定時/計數器啟動后，定時器從裝載的初值開始對系統機器周期進行加計數，當計數值產生溢出時，定時器產生中斷信號，中止主程序的執行，系統轉為執行定時器中斷子程序。將電動機換向子程序放在定時器中斷服務程序中，則定時器中斷一次，電動機就換向一次，從而實現對電動機的速度控制。

升降度模塊，采用梯形速度曲線，在進行速度的控制過程中，要根據己知的條件判斷出此次運動需要經過幾個階段，然后才能求出各段所用的時間，根據這一時間為判斷條件，為程序提供每個周期內的移動速度，以及每個周期的進給量。在控制電動機的升降速的過程中，采用離散辦法來逼近理想的升降速曲線。為了減少每步計算裝載時間，系統設計時把各離散點的速度所需的裝載值固化在存儲器中，在運行中用查表方法查出所需的裝載值，從而大幅度減少占用的時間，提高了系統的響應速度。時間????????????????????????????????????????????????越小，升速越快，反之漸慢。的大小可由理論分析或實驗確定，以升速最快而又不丟步為原則，則每臺階運行的步數為，反映了每個速度臺階運行步數與速度s之間的關系。程序在執行過程中，每次速度升一檔，都要計算這個臺階應走的步數，然后以遞減方式檢查，當減至零時表示該檔速度運行完畢，，升入又一檔速度。降速過程的規律與升速過程相同，過程按相反的順序進行。升速過程如圖2。

本實用新型主要電路模塊包括通信電路、人機界面模塊、差分單端轉換模塊。