全数字细分型高精度步进电机控制器

摘要

本发明涉及一种步进电机控制装置，特别是细分型、全数字步进电机控制器的控制方案和实现方法。该控制器是以高速单片微处理器为控制核心单元，配备步进电机控制接口电路、功率放大电路和与主计算机的异步串行通讯、同步串行通讯接口电路组成。控制器接收标准的TTL电平逻辑控制信号作为步进电机的控制信号，并与上层控制电路实现了全部的光电隔离。电机的输入脉冲控制信号最高频率可达1MHz，可以实现250分频，使电机的定位精度提高了250倍，减小了电机低速运行时的脉动，可在低速下(0.2rpm)稳定运行，运行中电机电流的变化量被严格控制，减小了系统在开、关时因电流突然变化对机械系统产生的冲击，特别适用于具有高精度、超低速运动控制要求的系统中。

主权项

1.一种全数字细分型高精度步进电机控制器，其特征在于它包括：中央处理单元(17)，与第1到第4光电隔离单元(10，11，14，15)、状态检测电路(23)连接从第1到第4光电隔离单元(10，11，14，15)得到步进电机运动命令电信号，从状态检测电路(23)得到步进电机运动状态电信号，对步进电机运动系统的状态检测，与上层控制单元进行数据、或信号通讯，数字控制器(19)，是通过对中央处理单元编制程序实现的，数字控制器是两个控制特性、控制参数完全相同的电流控制器，接受数字形式的电流给定量与反馈量，输出数字形式的电流控制量；同步串行通讯单元(8)，通过第1光电隔离单元(10)与中央处理单元(17)相连接，；异步串行通讯单元(9)，通过第2光电隔离单元(11)与中央处理单元(17)相连接；步进电机控制输入单元(12)，通过第3光电隔离单元(14)与中央处理单元(17)连接；状态输出单元(13)，通过第4光电隔离单元(15)与中央处理单元(17)连接；PWM调节器(16)，接收数字控制器(19)输出的数字形式电流控制量，输出占空比与控制量数值成正比或成反比的脉冲形式的电压信号给功率放大器(18)；功率放大器(18)，受PWM调节器(16)输出的控制，该单元的输出为步进电机(5)的定子绕组供电；步进电机(5)，为四相步进电机；电流反馈单元(20)，用于对步进电机定子中流过的电流进行取样，输出信号是与定子电流的大小成正比的电压信号；滤波与放大单元(7)，接收电流反馈单元(20)输出的电压信号，输出经滤波放大的电压信号：模拟—数字变换单元(6)，接收经过滤波放大(7)后的电压信号，将这个电压信号变换为数字形式的量，并输入到数字控制器(19)中；位置计数脉冲反馈单元(21)，接收由步进电机(5)驱动的位置反馈装置发出的位置计数脉冲信号，输出端接脉冲整形单元(22)，其中位置反馈装置检测步进电机(5)的位置，输出位置计数脉冲信号；脉冲整形单元(22)，对代表位置反馈(21)的脉冲信号进行波形处理，去除混杂在信号中的干扰成分，使得脉冲信号规范，将此信号传送给数字控制器(19)；状态检测单元(23)，检测运动系统中的状态信息，将检测到的这些信号输入到中央处理单元(17)中。