[發明專利]一種適用于步進電機運動管理的PWM系統

在審

• 申請號: 202011283241.3
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112398388A
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發明（設計）人: 裴曉旭
• 申請（專利權）人: 昆山易分藍電子科技有限公司
• 主分類號: H02P8/18
• 分類號: H02P8/18
• 代理公司: 北京中政聯科專利代理事務所(普通合伙) 11489
• 代理人: 張春慧

1.一種適用于步進電機運動管理的PWM系統，其特征在于，將步進電機的移動控制分為以下四種模式：

模式A：開環PWM相對位置移動模式：

在沒有閉環碼盤信息的系統中，將目標點位置減去當前位置，所得到數據的絕對值為電機移動所需要的PWM的脈沖數，所得到數據的正負為移動的方向；

模式B：開環PWM絕對位置移動模式：

在沒有閉環碼盤信息的系統中，起點是位置0，行程中的其它位置標記為移動需要下發的PWM的脈沖個數；行程中的任何一個位置都產生位置坐標；需要移動的目標地點以坐標信息進行引導控制；

模式C：閉環編碼盤相對位置移動模式：

在具有閉環碼盤信息的系統中，移動的距離通過閉環碼盤的數據個數進行控制，引導移動過程，以決定移動是否到達目標地；

模式D：閉環編碼盤絕對位置移動模式：

在具有閉環碼盤信息的系統中，起點是位置0，行程中的其它位置標記為移動過程所產生的閉環碼盤的脈沖個數；行程中的任何一個位置都產生位置坐標，此位置坐標以閉環碼盤個數為標記；需要移動的目標地點以坐標信息進行引導控制。

2.根據權利要求1所述的適用于步進電機運動管理的PWM系統，其特征在于，路徑規劃包括以下步驟：

S21：運動軌跡規劃；

S22：軌跡加減速規劃；

S23：打包運動命令數據包下發；

S24：緩沖所有命令；

S25：逐一執行下發命令；

S26：命令執行完成；

其中，在每一條路徑中，處理器預先計算好電機S曲線的加減速運動數據，每條S曲線中標記了每個脈沖的輸出的不同頻率；

處理器將命令全部下發到FPGA中進行執行；下發的命令內容包括運動模式、脈沖頻率、脈沖個數、脈寬以及電機運動方向；最后在一條命令的結束位置下發完成命令；

下發的所有命令緩沖在FPGA內部的FIFO中；當FPGA判斷FIFO的緩沖區不為空時，開始讀取下發的命令，并判斷移動的模式、移動的方向和脈沖的頻率，根據命令內容逐一輸出電機控制需要的PWM脈沖。

3.根據權利要求1所述的適用于步進電機運動管理的PWM系統，其特征在于，處理器包括以下工作步驟：

S31：程序初始化；

S32：電機原始S曲線計算；

S33：電機運動路徑規劃；

S34：算法的實現；

S35：電機運動表的計算；

S36：電機運動數據下發；

S37：完成中斷處理；

處理器在上電后，完成每個電機加減速使用的原始S曲線的計算，通過位置獲取函數判斷當前的位置，根據程序規劃好的路徑以及算法來確定目的地；

處理器根據目的地來計算所需要行走的路程，根據已經計算好的S曲線和所需要行走的路程來計算電機的運動表，再將電機運動的數據打包并下發到FPGA中，FPGA通過FIFO接收數據；

當命令下發完成后，FPGA會判斷電機是否達到目標點；若電機到達目標點，處理器產生一個中斷；

其中，處理器在電機運動過程中，計算下一條路徑的移動命令，同時可以根據系統工作的要求，決定將下一條移動路徑的命令提前發送到FPGA中，或者等待當前的路徑移動完成后，進行目標點的業務處理。

4.根據權利要求3所述的適用于步進電機運動管理的PWM系統，其特征在于，位置獲取函數，如下：

在FPGA中，PWM脈沖通過FPGA的定時器記錄次數而確定電機的位置；編碼盤通過與編碼盤配對使用的磁柵尺記錄電機位置，處理器通過程序調用FPGA和編碼器給處理器提供的接口函數，以獲取電機當前所在的位置。

5.根據權利要求3所述的適用于步進電機運動管理的PWM系統，其特征在于，分割S曲線的方法，如下：

處理器在處理數據下發之前，將S曲線分割成階梯狀；當脈沖頻率變化小于給定閾值時，將上述脈沖變更為相同頻率，并將對應的脈沖個數進行累加，最后將上述階梯化的命令下發。