[發明專利]一種步進電機的控制裝置及方法

有效

• 申請號: 201410264201.2
• 申請日: 2014-06-13
• 公開（公告）號: CN104092418B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: 龍江波;趙建科;段亞軒;昌明;曹昆;聶申
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: H02P8/14
• 分類號: H02P8/14;H02P8/36;H02P8/38
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 倪金榮

1.一種步進電機的控制裝置，其特征在于：包括計算機、單片機、控制信號光電隔離電路、線性非穩壓電源、輸出電流控制電路、驅動電路、繞組電流采集電路、參考電壓比較電路、反饋信號光電隔離電路；

計算機與單片機相互連接；單片機輸出端經過控制信號光電隔離電路隔離后分別與驅動電路的控制信號輸入端以及輸出電流控制電路的輸入端連接；輸出電流控制電路的輸出端與驅動電路的電流信號輸入端連接；驅動電路的輸出端分別與步進電機的輸入端以及繞組電流采集電路的輸入端連接；繞組電流采集電路的輸出端與參考電壓比較電路的輸入端連接；參考電壓比較電路的輸出端經過反饋信號光電隔離電路隔離后與單片機連接；

所述驅動電路上設置有線性非穩壓電源。

2.根據權利要求1所述的步進電機的控制裝置，其特征在于：所述驅動電路采用雙全橋MOSFET恒流斬波方式驅動步進電機；所述驅動電路最高耐壓為50VDC，單相最大輸出電流為4.5A，細分數可設置等級為1/2、1/8、1/16、1/32、1/40和1/64，并且能夠實現20％、40％、60％和80％的繞組電流衰減。

3.根據權利要求2所述的步進電機的控制裝置，其特征在于：所述控制信號光電隔離電路以及反饋信號光電隔離電路的響應時間均為45ns。

4.一種權利要求1-3任一權利要求所述的控制裝置的控制方法，其特征在于,包括以下步驟：

1)參數設置：

1.1)計算機通過串口將步進電機需要設置的參數傳輸至單片機，單片機將接收到的參數發回計算機實現握手并根據參數內容輸出控制信號；單片機輸出的控制信號經過控制信號光電隔離電路隔離后送入驅動電路；所述控制信號包括細分、轉動方向、繞組電流衰減方式；

1.2)計算機通過串口將驅動輸出電流值發送至單片機，單片機將接收到輸出電流值發回計算機實現握手并根據輸出電流值查找存儲在RAM中的電流值與參考電壓對應表后輸出8bit數字電壓信號；

1.3)單片機輸出的8bit數字電壓信號經過控制信號光電隔離電路隔離后送入輸出電流控制電路；

1.4)輸出電流控制電路將接收到的8bit數字電壓信號轉換成對應的模擬電壓值并送入驅動電路；

2)步進電機驅動：

2.1)當完成步驟1)后，計算機開始通過串口將步進電機需要轉動的脈沖數發送至單片機，單片機將收到的脈沖數發回至計算機實現握手并輸出使能信號經過控制信號光電隔離電路隔離后使驅動電路輸出使能有效；

2.2)單片機運用自身定時器產生對應數量且準確度＜1×10^-5、穩定度＜1×10^-7的方波脈沖，并經過控制信號光電隔離電路隔離后傳輸至驅動電路；

2.3)驅動電路根據步驟1.2)接收到的控制信號和輸出電流值對方波脈沖進行功率放大進而驅動步進電機轉動；所述驅動電路采用雙全橋MOSFET恒流斬波方式驅動步進電機；

2.4)當驅動電路驅動步進電機轉動時，繞組電流采集電路采集各相繞組串聯的電阻上的電壓信號并傳輸至參考電壓比較電路；參考電壓比較電路將采集到的各相繞組電壓信號絕對值相加并與單片機參考零電位進行比較，若相等則參考電壓比較電路輸出低電平經過反饋信號光電隔離電路反饋至單片機，若不相等則參考電壓比較電路輸出高電平經過反饋信號光電隔離電路反饋至單片機；所述各相繞組串聯的電阻為2W/0.1Ω的大功率低阻值電阻；

2.5)當單片機接收到持續高電平或低電平時，則認為步進電機運轉不正常；當單片機接收到交替的高、低電平時，則認為步進電機運轉正常；

3)結束驅動：

當步進電機完成轉動，單片機通過串口向計算機發送結束標志，驅動電路啟動半流自鎖功能，使步進電機停止工作。

5.根據權利要求4所述的控制裝置的控制方法，其特征在于,所述步驟2.5)步進電機的運轉不正常為步進電機的丟步現象；具體處理如下：

參考電壓比較電路輸出的高、低電平脈沖數經過反饋信號光電隔離電路隔離后反饋至單片機，單片機根據高電平脈沖數與細分的倒數相乘計算出繞組實際通過的電流脈沖數，用以判斷步進電機是否發生丟步現象，若發生丟步，則單片機發送補償脈沖實現步進電機的補償運動。