[發明專利]一種混合式步進電機閉環驅動器

在審

• 申請號: 202310190698.7
• 申請日: 2023-02-24
• 公開（公告）號: CN116169910A
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 呂茂斌;劉格遠;解博煒;董娟;何興秀;林宇龍;孫光輝;鄧方;陳杰
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H02P8/12
• 分類號: H02P8/12;H02P21/22;H02M3/04
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 張麗娜

本發明涉及一種混合式步進電機閉環驅動器，屬于步進電機控制技術領域。該閉環驅動器包括主控模塊、磁編碼器模塊、電機驅動模塊、串口通訊模塊、CAN總線模塊和降壓模塊；主控模塊用于對磁編碼器模塊、電機驅動模塊、串口通訊模塊、CAN總線模塊和降壓模塊進行控制；磁編碼器模塊用于測量步進電機轉子的實時絕對角度；電機驅動模塊用于產生控制電流，驅動步進電機轉子運動；串口通訊模塊用于驅動器使用串口與外部控制系統進行通訊；CAN總線模塊用于驅動器串聯通訊或與外部CAN總線控制器通訊；降壓模塊用于將高壓直流電降為低壓直流電。

技術領域

本發明涉及一種混合式步進電機閉環驅動器，屬于步進電機控制技術領域，具體為一種基于ESP32-PICO-D4芯片的42毫米混合式二相四線步進電機一體化可串聯高精度閉環驅動器的設計與實現。

背景技術

由于步進電機結構及控制方式的特殊性，在步進電機控制系統中，往往對步進電機的位置及轉速采用開環控制。只要保證步進電動機在應用時的扭矩和速度不超過性能要求，就可以使用開環控制器對步進電機的速度進行控制，而無需反饋系統。

然而，開環控制的步進電機容易受到外部干擾，一旦由于外部因素出現誤差，無法補償，就會出現丟步，造成控制精度下降。甚至于當步進電機出現堵轉時，開環系統無法及時做出調整，可能會損壞電機，造成經濟損失。此外，步進電機開環控制容易引發低頻共振，電機低速運行時振動噪音較大。開環控制使得控制器不能及時進行調整，進而導致控制效果不理想，如果想要進一步提升步進電機的控制精度，必須引入閉環控制方法。

與開環控制系統相比，閉環控制具有一系列優勢。在反饋控制系統中，無論是外部故障或內部系統出現偏差，都會產生相應的控制效果以消除偏差。因此，閉環控制可以抑制干擾，對部件特性的變化不敏感，并且可以改善系統的響應特性。因此，利用閉環控制系統解決步進電機驅動的不確定性，實現步進電機速度的調控，進一步提高控制精度、速度及平穩度，是目前本領域技術人員亟待解決的問題。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提出一種混合式步進電機閉環驅動器。

本發明的技術解決方案是：

一種混合式步進電機閉環驅動器，該閉環驅動器包括主控模塊、磁編碼器模塊、電機驅動模塊、串口通訊模塊、CAN總線模塊和降壓模塊；

所述主控模塊用于對其余各個模塊進行控制；

所述磁編碼器模塊用于測量步進電機轉子的實時絕對角度；

所述電機驅動模塊用于產生控制電流，驅動步進電機轉子運動；

所述串口通訊模塊用于驅動器使用串口與外部控制系統進行通訊；

所述CAN總線模塊用于驅動器串聯通訊或與外部CAN總線控制器通訊；

所述降壓模塊用于將輸入的12至48伏高壓直流電降為適合芯片使用的低壓直流電。

所述的主控模塊包括自恢復保險絲F1、濾波電容C9、去耦電容C11、去耦電容C4、電阻R13、電阻R1、電阻R2和ESP32芯片，所述ESP32芯片為樂鑫公司生產的芯片模組ESP32-PICO-D4；

自恢復保險絲F1的一端連接外部電源VDD33，自恢復保險絲F1的另一端連接濾波電容C9的一端、去耦電容C11的一端、芯片供電電源VDD33A，自恢復保險絲F1的另一端還與ESP32芯片的1、3、4管腳相連；濾波電容C9的另一端接地，去耦電容C11的另一端接地；

電阻R13的一端與芯片供電電源VDD33A相連，電阻R13的另一端與去耦電容C4的一端、ESP32芯片的9管腳EN相連；去耦電容C4的另一端接地；

芯片供電電源VDD33A與ESP32芯片的管腳46、43、37、19相連；