[發明專利]一種面向微裝配系統的多軸混合快速控制單元設計方法

有效

• 申請號: 201310512049.0
• 申請日: 2013-10-25
• 公開（公告）號: CN103955163A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 金鑫;張之敬;滕飛;葉鑫;張高陽;張琦;劉星
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G05B19/18
• 分類號: G05B19/18
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 李愛英;仇蕾安

1.一種面向微裝配系統的多軸混合快速控制單元設計方法,包括TMS320F2812芯片，電機驅動器（1）至（12），光柵尺（1）、（2），光電編碼器（1）、（2），光耦隔離電路（1）至（12），信號調理電路（1）、（2），四倍頻邏輯電路（1）、（2），步進電機（1）至（12）；其中TMS320F2812芯片包括PWM輸出電路、捕獲單元CAP、正交編碼電路QEP和GPIO引腳；微裝配系統包括微動平臺和搬運機械手；其特征在于：步進電機（1）至（12）分別通過電機驅動器（1）至（12）與PWM輸出電路相連，步進電機（1）至（12）分別通過光耦隔離電路（1）至(12)與GPIO引腳相連，步進電機(1)至(4)分別與微動平臺相連，步進電機(5)至(12)與搬運機械手相連，光柵尺(1)、(2)分別通過信號調理電路(1)、(2)與正交編碼電路QEP相連，光電編碼器(1)、(2)分別安裝在步進電機(3)、(4)的主軸上且分別通過四倍頻邏輯電路(1)、(2)與捕獲單元CAP相連；

面向微裝配系統的多軸混合快速控制單元包括閉環、半閉環和開環三種控制方法：

在閉環系統中，首先設定好微動平臺X、Y方向的目標距離，TMS320F2812芯片通過PWM輸出電路產生PWM輸出波形，輸出占空比脈沖信號將其接入電機驅動器中控制步進電機(1)和(2)的運動，步進電機(1)和(2)驅動微動平臺在X、Y方向的移動；兩個光柵尺分別采集微動平臺在X、Y方向的位移量，將其轉換為脈沖信號的個數，通過對應的信號調理電路將脈沖信號的幅值穩定在3V后接入到TMS320F2812芯片的正交編碼電路QEP中，不斷比較光柵尺采集的信號與目標距離的信號實現閉環控制；微動平臺的極限位置開關信號通過對應的光耦隔離電路(1)和(2)接入TMS320F2812芯片的GPIO引腳，控制微動平臺在設定的行程內運動；

在半閉環控制系統中，首先設定好微動平臺X、Z方向的旋轉角度，TMS320F2812芯片通過PWM輸出電路產生PWM輸出波形，輸出占空比一定的脈沖信號將其接入電機驅動器中控制步進電機(3)和(4)的運動，步進電機(3)和(4)驅動微動平臺在Z方向的移動和轉動；兩個光電編碼器分別采集電機轉子的位置,將其轉換為脈沖信號的個數，通過對應的四倍頻邏輯電路實現脈沖信號的四倍頻接入捕獲單元CAP中，通過不斷比較光電編碼器采集的信號與目標位置的信號實現半閉環控制；微動平臺的極限位置開關信號通過對應的光耦隔離電路(3)和(4)接入TMS320F2812芯片的GPIO引腳，控制微動平臺在設定的行程內運動；

在開環系統中，首先設定搬運機械手的目標距離，TMS320F2812芯片通過PWM輸出電路產生PWM輸出波形，輸出占空比一定的脈沖信號將其接入電機驅動器中控制步進電機(5)至(12)的運動；將搬運機械手的極限位置開關信號通過對應的光耦隔離電路(5)至(12)接入TMS320F2812芯片的GPIO引腳，控制搬運機械手在設定的行程內運動。

2.如權利要求1所述的一種面向微裝配系統的多軸混合快速控制單元設計方法,其特征在于：所述編碼器為增量式光電編碼器。

3.如權利要求1或2所述的一種面向微裝配系統的多軸混合快速控制單元設計方法,其特征在于：所述閉環控制的具體流程為：

步驟S302，根據設定好的微動平臺X、Y方向的目標距離，電機的運動方向分為正轉和反轉，當目標距離與電機正轉方向相同時為正值，與電機反轉方向相同時為負值；

步驟S303，將目標距離換算為電脈沖個數；

步驟S304，統計QEP捕獲的脈沖個數，假定電機正轉的脈沖計數值為正，反轉的脈沖計數值為負；

步驟S305，當電機正轉時，QEP捕獲的脈沖個數加1，當電機反轉時，QEP捕獲的脈沖個數減1；

步驟S306，將步驟S303計算得出的電脈沖個數與QEP捕獲的脈沖個數作差，當差值的絕對值小于電脈沖個數的絕對值時，電機按原轉動方向運動，執行步驟308，否則電執行步驟S307；

步驟S307，將電機的旋轉方向與原運動方向反向；

步驟S308，等待步驟S303計算得出的電脈沖個數與QEP捕獲的脈沖個數差值的絕對值等于0，條件滿足時電機停止運動，否則，繼續等待直到滿足條件電機停止運動；

步驟S309，完成閉環控制，結束本流程。