[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

技術領域

本發明屬機電控制領域，具體涉及一種步進電機的控制裝置及方法。?

背景技術

由于步進電機具有低轉速、大扭矩、誤差不累計等特點，在高精度位移臺、高精度電動轉臺等精密測試設備領域得到廣泛的應用。?

目前步進電機的控制方式大都采用功能單一的開環控制方式。其缺點有以下幾個方面：?

1)驅動脈沖頻率準確度和穩定度不夠高而引起各相繞組通電周期不一致導致控制精度低；?

2)驅動脈沖頻率不能根據負載需求和電機轉速要求隨意更改導致系統固有頻率與驅動頻率發生諧振而發生顫振和嘯叫；?

3)傳統方式的細分控制通常是通過手動調節驅動器細分撥碼開關來實現，不能根據需要進行實時程控修改；?

4)由于傳統控制裝置驅動電流小且設定好后不能程控修改很難實現對大功率電機的直接驅動，現階段多數使用的方法是通過絲杠或渦輪蝸桿等傳動方式犧牲轉速而提高扭矩以實現大負載驅動能力，但這種方式會引入機械結構件的齒間嚙合誤差和齒間空回，使運動精度下降，為了解決運動精度的問題，多數設計者使用加裝編碼器作為反饋的方式，但這無疑增加了設計成本和控制難度；?

5)多數驅動器自帶半流自鎖和全流自鎖功能，即在電機靜止時繞組上通過的工作時的一半電流值或全部電流值使電機鎖定而不發生轉動，但當用戶需要手動旋轉電機時需要使控制電路斷電，操作不方便。?

由于上述技術問題，使得步進電機在精密測試設備應用領域中有?一定的局限性，很難同時保證大功率步進電機的驅動能力和運動精度，在測試設備的系統集成方面也很難通過軟件程控實現用戶自己實際需求參數的修改，不便于系統集成下的自動控制。?

發明內容

為了解決技術背景中存在技術問題和局限性，本發明提出了一種可遠程控制、控制精度高、成本低并可實現手動控制的步進電機的控制裝置及方法。?

本發明的具體技術方案是：?

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。?

上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。?

上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。?

基于上述控制裝置，現提出該裝置的的控制方法，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；?