[發明專利]一種實現平面運動的伺服或步進電機控制系統及控制方法

有效

• 申請號: 201310365907.3
• 申請日: 2013-08-21
• 公開（公告）號: CN103441711A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 俞建定;楊高波;文化鋒;李有明;駱國慶;王銀
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: H02P5/46
• 分類號: H02P5/46;H02P8/40
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙) 33226
• 代理人: 周玨

技術領域

?本發明涉及一種平面運動控制技術，尤其是涉及一種實現平面運動的伺服或步進電機控制系統及控制方法。

背景技術

平面運動具有二維控制驅動的特點，平面運動在現代數控裝備和其它超精密加工設備中具有廣闊的應用前景，尤其在各種經濟型數控系統中的運用比較廣泛，如應用于激光加工系統中的激光切割機、激光劃片機等，因此平面運動受到了學術界和工業界的廣泛關注。在半導體前道加工裝備領域中，要求平面運動的電機的運動精度達到亞微米級甚至納米級，然而僅靠提高機械部件與電氣執行部件自身精度來實現，不僅代價高昂而且難以實現高速度，因此最合適的方法是結合軟硬件方法來提高精度。

目前，常見的電機平面運動聯動技術一般采用軟件方法，即采用現有的直線插補技術和圓弧插補技術來實現，但這種采用軟件方法實現電機平面運動聯動的技術受控制電機速度的限制，不能同時滿足高速度與高精度。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種實現平面運動的伺服或步進電機控制系統及控制方法，其能夠有效地提高伺服或步進電機控制的速度和精度，能夠實現直線平面運動和圓弧平面運動。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種實現平面運動的伺服或步進電機控制系統，其特征在于包括時鐘發生器、PLD芯片、第一伺服或步進電機和第二伺服或步進電機，所述的PLD芯片內置有控制器、用于速度控制的預分頻器及用于軌跡控制的第一分頻器和第二分頻器，所述的時鐘發生器的信號輸出端與所述的預分頻器的信號輸入端連接，所述的預分頻器的信號輸出端分別與所述的第一分頻器的信號輸入端和所述的第二分頻器的信號輸入端連接，所述的控制器控制所述的第一分頻器的分頻數和所述的第二分頻器的分頻數，所述的第一分頻器的信號輸出端與所述的第一伺服或步進電機連接，所述的第二分頻器的信號輸出端與所述的第二伺服或步進電機連接，所述的第一伺服或步進電機和所述的第二伺服或步進電機同步移動。

該伺服或步進電機控制系統還包括嵌入式處理器，所述的嵌入式處理器分別與所述的控制器和所述的預分頻器連接，所述的嵌入式處理器輸出實現直線平面運動的參數或實現圓弧平面運動的參數給所述的控制器，所述的嵌入式處理器控制所述的預分頻器的分頻數。

如果當前時刻所述的第一分頻器的信號輸出端輸出的脈沖信號的頻率與所述的時鐘發生器產生的時鐘信號的頻率固定，且所述的第二分頻器的信號輸出端輸出的脈沖信號的頻率與所述的時鐘發生器產生的時鐘信號的頻率固定時，則當前時刻所述的第一伺服或步進電機將移動到的位置與所述的第二伺服或步進電機將移動到的位置成線性關系，實現直線平面運動；

如果當前時刻所述的第一分頻器的信號輸出端輸出的脈沖信號的頻率為X²+Y²=C的對X的導數，且所述的第二分頻器的信號輸出端輸出的脈沖信號的頻率為X²+Y²=C的對Y的導數時，則實現圓弧平面運動，其中，X為前一時刻所述的第一伺服或步進電機的位置，Y為前一時刻所述的第二伺服或步進電機的位置，C為常數。

一種實現平面運動的伺服或步進電機控制方法，其特征在于包括以下步驟：

①由時鐘發生器產生時鐘信號，并傳輸時鐘信號給內置于PLD芯片內的預分頻器，由預分頻器對接收到的時鐘信號進行分頻處理，得到預分頻后的脈沖信號，然后由預分頻器傳輸預分頻后的脈沖信號給內置于PLD芯片內的第一分頻器和第二分頻器；

②由第一分頻器和第二分頻器分別對各自接收到的脈沖信號進行分頻處理，得到再次分頻后的脈沖信號，其中，第一分頻器的分頻數和第二分頻器的分頻數由內置于PLD芯片內的控制器自動控制，通過改變第一分頻器的分頻數和第二分頻器的分頻數實現軌跡控制；

③由第一分頻器輸出的脈沖信號控制第一伺服或步進電機移動，同時由第二分頻器輸出的脈沖信號控制第二伺服或步進電機移動，實現對第一伺服或步進電機的轉速和第二伺服或步進電機的轉速的同步控制，進而實現平面軌跡控制。

所述的步驟①中預分頻器的分頻數由嵌入式處理器控制，通過改變預分頻器的分頻數實現第一伺服或步進電機和第二伺服或步進電機的速度控制。

如果當前時刻所述的第一分頻器輸出的脈沖信號的頻率與所述的時鐘發生器產生的時鐘信號的頻率固定，且所述的第二分頻器輸出的脈沖信號的頻率與所述的時鐘發生器產生的時鐘信號的頻率固定時，則當前時刻所述的第一伺服或步進電機將移動到的位置與所述的第二伺服或步進電機將移動到的位置成線性關系，實現直線平面運動；