[發明專利]一種用于步進電機的驅動控制和轉角測量系統

在審

• 申請號: 201611019791.8
• 申請日: 2016-11-17
• 公開（公告）號: CN106655928A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 梁少林;王天放;王詠梅
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家空間科學中心
• 主分類號: H02P8/12
• 分類號: H02P8/12
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司11472
• 代理人: 王宇楊,陳琳琳

技術領域

本發明涉及電子測量技術領域，特別涉及一種用于步進電機的驅動控制和轉角測量系統。

背景技術

在自動化控制系統中，步進電機是一種常用的裝置，尤其是在機械制造和精密測量等領域有著廣泛的應用。目前，傳統的步進電機驅動控制采用集成步進電機驅動器，主要是當集成步進電機驅動器收到一個脈沖信號，該脈沖信號驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度。因此，脈沖信號數量的多少決定了轉角的角度的大小，脈沖信號的頻率的高低決定了轉角的轉速的快慢，而脈沖信號的數量和頻率則由上位機軟件編程控制。這種步進電機的控制方式屬于開環控制，即控制信息只是單方面的從上位機經過驅動器到達步進電機，而不能對步進電機實際轉動狀態和相關參數(如每相中的實際工作電流，轉角，轉速)進行采樣反饋，難以保證步進電機轉動角度的精度，也不能發現如跳步，失步等步進電機轉動中可能出現的一些問題。

目前，在步進電機的轉角測量系統中，常用的元器件包括光電耦合器和光電編碼器等。其中，光電耦合器包括一個發射器(一般為LED)和一個接收器(一般為光電二極管)。在電機轉軸上安裝一轉盤，在轉盤上某些特定位置開設透明窗口，發射器和接收器分別固定在轉盤的兩側，發射器發出一道狹窄的光束，當電機轉動時，光束會透過窗口到達接收器或被轉盤非窗口處阻擋，接收器輸出相應的高低電平信號，再通過專門的電路轉化為位置和轉角信息。但是，由于透明窗口只位于電機轉盤的某些特定位置，而轉角的信息是通過接收器有效信號的個數和相鄰兩個透明窗口之間的角度來計算，在透明串口相距較遠時，轉角測量的精度就會大大降低。光電編碼器是光電耦合器的延伸，只是轉盤的透明開口和非開口處交替覆蓋整個圓盤一周。這樣在電機轉動時，轉盤的角度位置就被轉換為成比例的高低脈沖信號。目前，傳統的光電編碼器屬于增量式編碼器，轉盤上某一固定位置開口被標記為清零位置，轉盤轉動一周輸出一個清零信號。這種方式有著明顯的缺點，即轉角信息是相對于清零位置的轉角信息，當編碼器不動或停電時，只能靠計數設備的記憶來記住當前位置，一旦出現干擾導致電機跳步或失步，記憶位置就會與實際位置有所偏移，并且這種偏移是無法獲得的，這樣，電機轉角的測試就會產生誤差甚至錯誤，無法對電機的實際轉動狀態進行準確監測。

發明內容

本發明的目的在于，為解決現有的步進電機驅動控制和轉角測量系統存在的上述問題，本發明提供了一種用于步進電機的驅動控制和轉角測量系統，該測量系統是基于LMD18200芯片的步進電機閉環控制，并采用絕對式編碼器測量轉角；該測量系統包括：上位機，單片機控制器，步進電機驅動板，步進電機，聯軸器，絕對式編碼器和串口協議轉換器；該上位機通過USB信號線與該單片機控制器連接，該單片機控制器通過控制信號線和反饋信號線與該步進電機驅動板連接，該步進電機驅動板通過驅動電流線與該步進電機連接，該步進電機通過該聯軸器與該絕對式編碼器連接，該絕對式編碼器通過RS485串口線與該串口協議轉換器連接，該串口協議轉換器通過RS232串口線與該上位機連接，形成一個閉環控制。

所述上位機包括Keil uVvision4和Microsoft Visual Studio 2010，用于編譯控制信息代碼。

所述步進電機驅動板包括：74ALS367芯片，tlv5638芯片，lm555芯片，lm393-a比較器，lm393-b比較器，lmd18200芯片和電機；該74ALS367芯片通過管腳將數字信號傳入下一級該tlv5638芯片，該tlv5638芯片將數字信號轉換成目標模擬信號并傳入該lm393-a比較器的同向端中，來自該lmd18200芯片的反饋模擬信號通過管腳傳入該lm393-a比較器的反向端中，該反饋模擬信號與該目標模擬信號通過該lm393-a比較器進行比較，將比較結果傳入該lm555芯片，在由該lm555芯片構成的單穩態觸發器中，該比較結果生成了占空比可調的PWM信號，并被傳入該lm393-b比較器中，該lm393-b比較器與外圍電阻構成反相器，在該反相器的反相作用下，該PWM信號被反相，并被傳入該lmd18200芯片，并在該lmd18200芯片中產生可調節的電流驅動該電機轉動。