步进电机闭环细分驱动控制系统设计_宋鸿飞

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AKS-01Z步进电机,闭环电机控制器

AKS-01Z步进电机,闭环电机控制器

AKS-01Z伺服步进可编程控制●指令特点:任意可编程(可实现各种复杂运行:定位控制和非定位控制);●最高输出频率:40KHz(特别适合控制细分驱动器);●输出频率分辨率:1Hz;●编程条数:99条;●输入点:6个(光电隔离);●输出点:3个(光电隔离);●一次连续位移范围:—7999999~7999999;●工作状态:自动运行状态,手动运行状态,程序编辑状态,参数设定状态;●升降速曲线:2条(最优化);●显示功能位数:8位数码管显示、手动/自动状态显示、运行/停止状态显示、步数/计数值/程序显示、编辑程序,参数显示、输入/输出状态显示、CP脉冲和方向显示;●自动运行功能:可编辑,通过面板按键和加在端子的电平可控制自动运行的启动和停止;●手动运行功能:可调整位置(手动的点动速度和点动步数可设定);●参数设定功能:可设定起跳频率、升降速曲线、反向间隙、手动长度、手动速度、中断跳转行号和回零速度;●程序编辑功能:可任意插入、删除可修改程序。

具有跳转行号、数据判零、语句条数超长和超短的判断功能;●回零点功能:可双向自动回到零点;●编程指令:共14条指令;●外操作功能:通过参数设定和编程,在A操作和B操作端子上加开关可执行外部中断操作;●电源:AC220V(电源误差不大于±15%)。

●二、前面板图前面板图包括(如右图):1、八位数码管显示2、六路输入状态指示灯3、三路输出状态指示灯4、CP脉冲信号指示灯5、CW方向电平指示灯6、按键:共10个按键,且大部分按键为复合按键,他们在不同状态表示的功能不同,下面的说明中,我们只去取功能之一表示按键。

三、后面板图及信号说明:后面板图为接线端子,包括(如右图)1、CP、CW、OPTP为步进电机驱动器控制线,此三端分别连至驱动器的相应端,其中:CP————步进脉冲信号CW————电机转向电平信号OPTO————前两路信号的公共阳端CP、CW的状态分别对应面板上的指示灯2、启动:启动程序自动运行,相当于面板上的启动键。

步进电机细分电流控制系统的FPGA电路板设计的开题报告

步进电机细分电流控制系统的FPGA电路板设计的开题报告

步进电机细分电流控制系统的FPGA电路板设计的开题报

一、选题背景与意义
步进电机是一种常见的运动控制装置,在各种机械设备和工业自动化设备中得到广泛应用。

而步进电机的细分控制是其控制性能的重要指标之一。

传统的步进电机控
制方式通常采用开关电容电路、步进电机驱动芯片等方式进行控制,存在控制精度低、噪声大等问题。

而现在,使用FPGA来实现步进电机的细分电流控制系统已经成为主流。

本项目旨在设计一款基于FPGA的步进电机细分电流控制系统电路板,提高步进
电机控制精度和可靠性。

二、研究内容
1. 研究步进电机的细分电流控制原理和方法;
2. 设计FPGA电路板,实现步进电机细分电流控制系统;
3. 对FPGA电路板进行调试测试,验证电路的正确性和可靠性;
4. 广泛应用于各种机械设备和工业自动化领域。

三、研究方法
本项目将采用以下研究方法:
1. 查阅相关文献,了解步进电机细分电流控制原理和FPGA应用技术等;
2. 采用Xilinx ISE软件进行FPGA电路板设计;
3. 使用示波器等测试仪器对电路板进行测试。

四、预期结果
1. 成功设计基于FPGA的步进电机细分电流控制系统电路板;
2. 实现步进电机的细分电流控制,提高控制精度和可靠性;
3. 在工业自动化设备领域得到广泛应用。

五、研究前景
本项目的研究成果将有助于提高步进电机的控制精度和可靠性,提高工业自动化设备的效率和稳定性。

同时,也能为FPGA在运动控制领域的应用提供实践经验和技术支持,具有一定的推广价值。

步进电机细分驱动系统设计

步进电机细分驱动系统设计

步进电机细分驱动系统设计
胡维庆
【期刊名称】《轻工机械》
【年(卷),期】2016(034)003
【摘要】为了提高步进电机的运行精度,消除或减小振动现象,文章基于细分驱动技术,以单片机ATmega128为核心,应用恒流斩波PWM发生电路和H桥功率驱动电路设计了步进电机的驱动系统.系统控制参数通过上位机设定,以串口通信传给单片机.实验结果表明:电机运行平稳,振动噪音小,转矩大,精度高,系统具有良好的应用前景.
【总页数】5页(P57-60,64)
【作者】胡维庆
【作者单位】浙江机电职业技术学院电气电子工程学院,浙江杭州310053
【正文语种】中文
【中图分类】TM301.2
【相关文献】
1.基于单片机的步进电机细分驱动系统设计 [J], 梁伟
2.步进电机细分驱动系统设计 [J], 唐立
3.基于单片机的步进电机细分驱动系统设计 [J], 孙星;吴杏
4.步进电机细分驱动控制系统设计与实现 [J], 伍艳雄; 黄勇; 高林; 易金桥; 孙先波; 梁树先; 叶建聪
5.步进电机细分驱动系统设计 [J], 唐立
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基于单片机的步进电机细分驱动系统设计

基于单片机的步进电机细分驱动系统设计

基于单片机的步进电机细分驱动系统设计作者:宋光彦来源:《科技资讯》 2012年第9期宋光彦武警工程大学研究生管理大队陕西西安 710086摘要:自二十世纪中叶,步进电机的应用己渗透到数字控制的各个领域。

它凭借自身性能优点,较早成为典型的机电一体化元件组件。

本文首先对步进电机进行了概述,然后给出了基于单片机的步进电机细分驱动的具体设计。

关键词:单片机;步进电机;控制系统中图分类号:TM3 文献标识码:A文章编号:1672-3791(2012)03(C)-0000-000 引言步进电机又称为脉冲电动机或阶跃电动机,它是基于最基本的电磁感应作用,将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。

单片机控制的步进电机广泛地应用于工业自动控制、机器人、计算机外围设备、卫星天线定位系统等。

随着经济的发展,技术的进步和电子技术的发展,步进电机的应用领域更加广阔,同时也对步进电机的运行性能提出了更高的要求。

1 步进电机概述步进电机是一种将电脉冲转变为角位移(或线位移)的机电元件。

根据其内部构造可以分成三大类:反应式(VR型)、永磁式(PM型)和混合式(HB型)。

混合式步进电动机吸取了永磁式和反应式的优点,转子由磁化的磁铁制成,磁极做成复极的形式,分为两相和五相,两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为0.72度,它的精确度高、转矩大、步进角度小,在高分辨率的开环定位系统和低速开环调速系统中占有着不可替代的地位。

步进电机还具有以下优点:(1)动态响应快、易于启动与停止、具有锁定转矩;(2)一般步进电机的精度为步进角的3-5%,步距值不受各种干扰因素的影响;(3)位移与输入脉冲信号相对应,步距误差不长期积累,有良好的跟随性;(4)可利用数字信号控制步进电机直接用于开环控制;(5)控制性能好,停止时有自锁能力。

基于以上优点,步进电机在工业领域得到广泛应用,具有较高的使用价值。

2 步进电机选型及保护电路设计在本系统设计中,步进电机采用两相混合式步进电机,驱动二维随动装置的水平、俯仰运动。

毕业设计(论文)-基于arm的步进电机细分驱动控制设计[管理资料]

毕业设计(论文)-基于arm的步进电机细分驱动控制设计[管理资料]

基于ARM的步进电机细分驱动控制设计引言随着微电子和计算机技术的发展,步进电机的需求量与日俱增,它广泛用于打印机、电动玩具等消费类产品以及数控机床、工业机器人、医疗器械等机电产品中,其在各个国民经济领域都有应用。

研究步进电机的控制系统,对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。

本控制系统的设计,由硬件设计和软件设计两部分组成。

其中,硬件设计主要包括ARM最小系统、控制模块、步进电机驱动模块、数码显示模块等功能模块的设计,以及硬件电路在电路板上的实现。

软件设计包括主程序以及各个模块的控制程序,最终实现对步进电机转动方向及转动速度的控制,并且将步进电机的转动速度动态显示在LED数码管上。

本系统具有智能性、实用性及可靠性的特点。

一、 ARM的简介;ARM(Advanced RISC Machines)处理器是Acorn计算机有限公司面向低预算市场设计的第一款RISC微处理器。

更早称作Acorn RISC Machine。

ARM处理器本身是32位设计,但也配备16位指令集。

一般来讲比等价32位代码节省达35%,却能保留32位系统的所有优势。

ARM的Jazelle技术使Java加速得到比基于软件的Java虚拟机(JVM)高得多的性能,和同等的非Java加速核相比功耗降低80%。

CPU 功能上增加DSP指令集提供增强的16位和32位算术运算能力,提高了性能和灵活性。

ARM还提供两个前沿特性来辅助带深嵌入处理器的高集成SoC器件的调试,它们是嵌入式ICE-RT逻辑和嵌入式跟踪宏核(ETMS)系列。

:ARM处理器的三大特点是:耗电少功能强、16位/32位双指令集和合作伙伴众多。

1、体积小、低功耗、低成本、高性能;2、支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集,能很好的兼容8位/16位器件;3、大量使用寄存器,指令执行速度更快;4、大多数数据操作都在寄存器中完成;5、寻址方式灵活简单,执行效率高;6、指令长度固定。

步进电机细分驱动控制系统设计

步进电机细分驱动控制系统设计

步进电机细分驱动控制系统设计姓名:张凯学号: 20104977指导老师:杨小平、杞宁组员:张凯 20104977 (组长)张明 20104991王涛 20104978合肥工业大学电子科学与应用物理学院电子科学与技术系概述步进电机在输入状态发生变化时会转过一定的角度,输入状态不变时不会转动,且在不细分输入情况下每次转过较大的角度,再细分情况下每次转过较小的角度。

本设计是利用 FPGA 实现四相步进电机细分驱动控制,并且系统既能实现步进电机的细分驱动又能实现不细分驱动,还能实现步进电机的正、反转控制。

设计方案与实现下图是通过Quartus Ⅱ综合产生的RTL级电路图。

整个电路共分为6大模块:32进制可加可减计数器(cnt32)、16进制(自加)计数器(cnt16)、4位输出选择器(dec2)、4个4位比较器(new_comp:moto5、moto6、moto7、moto8)、查找表(rom32)、4位输入4位输出2选1多路选择器(mux2to1)。

其中,u_d控制正反转,s选择细分和不细分,en控制停和转,y[3:0]接步进电机的4相输入,clk0和clk5为时钟,且clk5>>clk0(本课设选clk0=4Hz,clk5=32768Hz)。

设步进电机的4相输入分别为A、B、C、D。

细分: cnt32计数输出5位数据送rom32,rom32输出16位数据分别送new_comp:moto5、moto6、moto7、moto8的a[3:0]端口与cnt16计数送来的4位数据b[3:0]比较。

如果a>=b,则agb=1’b1;反之agb=1’b0。

由于clk5>>clk0,从而agb能输出一段占空比稳定的信号(只持续1个或多个clk0周期),即产生1/4、2/4、3/4信号。

再如果s为高电平,则就能实现步进电机的细分输入。

不细分:如果s为低电平,则mux2to1选通由dec2送来的非细分信号dataa[3:0],从而实现步进电机的非细分输入。

步进电机的细分驱动及动态性能仿真的开题报告

步进电机的细分驱动及动态性能仿真的开题报告

步进电机的细分驱动及动态性能仿真的开题报告一、选题背景及意义:步进电机作为一种广泛应用的旋转驱动装置,已经被广泛应用于数控机床、印刷设备、自动包装机、医疗设备、精密仪器等领域。

在实际应用中,为实现较高的定位精度和动态响应性能,步进电机需要采用细分驱动技术。

在细分驱动技术中,微步控制技术是一种常用的方法,它可以通过控制步进电机驱动信号来实现步进电机的微步运动。

本课题的研究意义主要体现在以下几个方面:1、步进电机的微步运动特性对系统定位精度和动态响应性能有重要影响,通过对其微步控制机制的研究和优化改进,可以提高步进电机系统的运动性能。

2、本课题研究的细分驱动技术及动态性能仿真方法,不仅应用于步进电机控制技术的研究,也可为其他精密运动控制系统的研究提供参考和借鉴。

二、研究内容:1、步进电机的工作原理和微步控制技术的基本原理研究;2、步进电机细分驱动电路的设计和动态性能仿真方法的探究;3、通过仿真分析步进电机在微步运动中的细节特性,提高步进电机系统的定位精度和动态响应性能;4、基于仿真结果,在实际步进电机系统中验证步进电机的微步运动特性及动态性能。

三、研究方法:1、文献调研法:通过查阅相关文献,了解步进电机的工作原理、微步控制技术的基本原理和细分驱动电路的设计方法等内容;2、仿真分析法:通过建立数学模型,采用数值仿真方法对步进电机在微步运动中的细节特性和动态性能进行分析;3、实验验证法:基于仿真结果,通过实验验证步进电机的微步运动特性及动态性能。

四、预期结果:通过本课题的研究,预计得到如下结果:1、构建适用于步进电机的微步控制模型,探究不同细分步数下步进电机的动态特性,为步进电机系统的精确定位提供参考。

2、设计一种高性能的步进电机细分驱动电路,模拟步进电机在不同驱动方式下的细节特性和动态性能,评估各种控制参数对步进电机细节特性的影响。

3、基于仿真结果,结合实验验证步进电机的微步运动特性及动态性能,为实现更高的运动精度和响应速度提供技术支持。

步进电机闭环控制系统的研究与应用实践探讨

步进电机闭环控制系统的研究与应用实践探讨

步进电机闭环控制系统的研究与应用实践探讨摘要:步进电机具有反应快、控制精度高、速度高、运行平稳等特点,所以在数控机床、机器人、医疗器械、精密仪器等领域得到了广泛的应用。

步进电机的控制系统是一个由单片机系统构成的闭环控制系统,其可通过对步进电机的电流和转速的闭环调节实现对电机运行速度的控制。

在很多领域中,步进电机都有着广泛应用,如自动控制、精密机械加工等。

但是目前的步进电机开环控制系统,其稳定性和可控性都不够理想,所以有必要对其进行闭环控制系统研究与设计。

关键词:步进电机;失步;光电传感器;模糊PID步进电机是一种采用脉冲信号来驱动的旋转机械装置,其可以通过步进方式实现对一定速度的连续运动,且其在运行过程中具有稳定性和精确性[1]。

与直流电机相比,步进电机具有响应速度快、体积小、重量轻、效率高和调速范围广等优点。

而且步进电机的价格相对较低,使用范围比较广,所以其在很多领域都得到了应用。

在数控机床中,步进电机的作用是将进给装置的位置和速度信号转换为电信号,然后由数字控制器进行处理和控制,以保证其运动速度和方向能够按预定的要求进行[2]。

但是由于步进电机开环控制系统的稳定性不够理想,所以在很多领域中都不够理想。

针对这一问题,本文主要研究并设计了一种步进电机闭环控制系统,以实现步进电机的稳定运行。

1.系统工作原理步进电机闭环控制系统中的步进电机是由步进电机驱动器、步进电动机和光电编码器组成[3]。

其中,PLC作为主控制器,通过对步进电动机的速度、位置进行检测,并将其反馈给步进电动机驱动器,从而实现对步进电动机转速和位置的控制。

系统的闭环调节主要是通过步进电机驱动器来实现的。

当步进电机会按照设定好的程序运行时,PLC会采集到步进电机会运行轨迹和速度等信息,并通过计算机来对其进行控制。

步进电机闭环控制系统主要是将步进电机和计算机结合起来,通过计算机对步进电机的速度进行调节和对其位置进行反馈,以实现步进电机在运行过程中的稳定性与可控性。

基于FPGA的步进电机细分驱动控制器的设计

基于FPGA的步进电机细分驱动控制器的设计

1 绪论1.1课题研究背景及意义历史证明,一个国家的制造业水平在很大程度上可以体现国家的实力,国家的发展也在很大程度上依赖于先进的制造业,所以大多数国家都非常重视大力展制造业,二战后,计算机控制技术、微电子技术、信息和自动化技术有了迅速的发展,并在制造业中得到了愈来愈广泛的应用,先后出现了数控(NC)、计算机数控(CNC)、柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)、计算机集成制造系统(CIMS)等多项先进制造技术与制造模式,推着世界制造业进入一个崭新的阶段川。

而在这些技术环节中,具有很多优点的步进电机就是一个重要角色,比如在数控技术中。

步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机,国外一般称为Steppingmotor、Pu1Semotor或stepperServO,其应用发展己有约80年的历史。

可以说步进动机天生就是一种离散运动的装置,是纯粹的数字控制电动机,步进电机驱动器通过外加控制脉冲,控制步进电动机各相绕组的导通或截止,从而使电动机产生步进运动。

就是说给一个电脉冲信号,电动机就转过一个角度或者前进一步,其输出转角、转速与输入脉冲的个数、频率有着严格的比例关系。

这些关系在负载能力范围内不随电源电压、负载大小、环境条件等的变化而变化。

在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,同时步进电机只有周期性的误差而无累积误差,精度高。

步进电动机可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速、快速起停、正反转控制等,这是步进电动机最突出的优点。

正是由于步进电机具有突出的优点,所以成了机电一体化的关键产品之一,广泛应用在各种自动化控制系统中。

随着微电子和计算机技术的发展,步进电机的需求量与日俱增,在各个国民经济领域都有应用。

比如在数控系统中就得到广泛的应用。

目前世界各国都在大力发展数控技术,我国的数控系统也取得了很大的发展,我国己经能够自行研制开发适合我国数控机床发展需要的各种档次的数控系统。

基于GW48-PK2的FPGA步进电机细分驱动控制器系统设计毕业设计(论文)

基于GW48-PK2的FPGA步进电机细分驱动控制器系统设计毕业设计(论文)

题目基于GW48-PK2的FPGA步进电机细分驱动控制器设计系(所)______________系(所) 主任西安交通大学批准日期毕业设计(论文)任务书** 院** 系** 班学生**毕业设计(论文)课题基于GW48-PK2的FPGA步进电机细分驱动控制器设计毕业设计(论文)工作自年月日起至年月日止毕业设计(论文)进行地点:课题的背景、意义及培养目标现代电子设计技术已转向EDA技术,它使得设计者的工作仅限于利用硬件描述语言VHDL和EDA软件来完成对系统硬件的实现。

本项目主要是研究基于EDA硬件平台GW48-PK2开发系统的FPGA硬件电路设计方法。

通过本项目研究,使学生对EDA系统的开发有一个基本了解,从而培养学生对硬件系统分析的能力以及软件设计开发的能力。

设计(论文)的原始数据与资料1、GW48-PK2使用手册2、EDA/SOPC技术实验讲义3、EDA技术实用教程课题的主要任务1、学习EDA技术与VHDL 硬件描述语言2、掌握QuartusII的VHDL文本设计流程的全过程3、利用FPGA技术完成步进电机细分驱动控制器设计课题的基本要求(工程设计类题应有技术经济分析要求)1、掌握面向FPGA的EDA技术设计开发流程- 2 -2、熟练掌握EDA硬件平台GW48-PK2开发系统的设计方法3、利用FPGA技术完成步进电机细分驱动控制器的硬件实现完成任务后提交的书面材料要求(图纸规格、数量,论文字数,外文翻译字数等)1、论文(不少于10000字)2、QuartusII的VHDL文本设计流程技术说明报告3、英文翻译( 2000~3000字)主要参考文献[1] 潘松黄继业. EDA技术实用教程.第二版.北京:科学出版社,2005。

[2] 潘松黄继业. EDA技术与VHDL.北京:清华大学出版社,2005。

[3] K.C. Aw, S.Q. Xie and E. Haemmerle.A FPGA-based rapid prototyping approach for teaching of Mechatronics Engineering.Department of Mechanical Engineering, University of Auckland, New Zealand Mechatronics Volume 17, Issue 8, Oc tober 2007, Pages 457-461[4] Novel Stepper Motor Controller Based on FPGA Hardware Implementation.Daniel Carrica, Senior Member, IEEE, Marcos A. Funes, and Sergio A. González, Member, IEEE. IEEE/ASME TRANSACTIONS ON MECHATRONICS, VOL. 8, NO. 1, MARCH 2003.[5] 朱敏,李秀红.基于FPGA的集成式步进电机驱动器的研究.微计算机信息.第3-2期. 2008年。

步进电机闭环细分驱动控制系统设计_宋鸿飞

步进电机闭环细分驱动控制系统设计_宋鸿飞

步进电机闭环细分驱动控制系统设计摘要:介绍了螺纹非接触光电测试系统中步进电机闭环细分控制系统的设计,并结合系统要求对抗干扰性和稳定性进行深入研究。

文中对步进电机的特性与系统的性能相互关系进行了论述,在此基础上提出了可行的系统设计方案,给出了基于TA8435专用芯片的细分驱动设计电路,对系统抗干扰性和稳定性设计提出了具体解决办法,硬件设计中采用了传感器反馈的全伺服控制方法,软件上采用升频离散化处理,很好的解决了步进电机在高速启停过程中的堵转和丢步现象,提高了系统的稳定性和精度。

关键词:闭环控制;细分驱动;升频离散化中图分类号:TP216文献标识码:A文章编号:1672-9870(2008)02-00093-03收稿日期:200716基金项目:国家863计划资助项目作者简介:宋鸿飞(1980角,并依靠电磁力锁定转轴在一定的位置上。

因此在定位精度不高的场合下,一般的步进系统都采用开环控制。

但由于步进电机固有的低频共振,高频扭矩小引起的失步和机械结构等因素的影响,都会造成实际位移值偏离指令设定值。

因此在高定位精度的场合下,没有闭环反馈就无法知道电机是否丢步或过步,系统无法对其进行有效校正和补偿,导致不能准确定位。

在步进系统中引入检测环节并对其进行闭环控制,可从根本上解决步进系统的定位精度问题,将使其性能大大提高。

步进电机的闭环控制可采用各种不同的方法,其中包括步校验、无传感器反电动势检测和有传感器反馈的全伺服控制。

1系统构成本电机系统设计应用精密在螺纹非接触光电测试系统中,两相步进电机通过精密滚珠螺杆把电机的轴角运动转化成直线位移运动,带动负载平台及上边安装的测试系统在螺管内部进行直线运动,实现对螺纹的实时检测。

由于螺纹检测属于精密检测,对精密位移台的定位精度、速度范围和速度稳定性提出了很高的要求,因此步进电机采用开环控制方式是达不到系统的指标要求的,针对系统的要求步进电机要采用闭环细分控制方式。

电机控制系统设计采用有传感器反馈的全伺服控制方法。

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步进电机闭环细分驱动控制系统设计
摘要:介绍了螺纹非接触光电测试系统中步进电机闭环细分控制系统的设计,并结合系统要求对抗干扰性和稳定性进行深入研究。

文中对步进电机的特性与系统的性能相互关系进行了论述,在此基础上提出了可行的系统设计方案,给出了基于TA8435专用芯片的细分驱动设计电路,对系统抗干扰性和稳定性设计提出了具体解决办法,硬件设计中采用了传感器反馈的全伺服控制方法,软件上采用升频离散化处理,很好的解决了步进电机在高速启停过程中的堵转和丢步现象,提高了系统的稳定性和精度。

关键词:闭环控制;细分驱动;升频离散化
中图分类号:TP216文献标识码:A文章编号:1672-9870(2008)02-00093-03
收稿日期:200716
基金项目:国家863计划资助项目
作者简介:宋鸿飞(1980
角,并依靠电磁力锁定转轴在一定的位置上。

因此在定位精度不高的场合下,一般的步进系统都采用开环控制。

但由于步进电机固有的低频共振,高频扭矩小引起的失步和机械结构等因素的影响,都会造成实际位移值偏离指令设定值。

因此在高定位精度的场合下,没有闭环反馈就无法知道电机是否丢步或过步,系统无法对其进行有效校正和补偿,导致不能准确定位。

在步进系统中引入检测环节并对其进行闭环控制,可从根本上解决步进系统的定位精度问题,将使其性能大大提高。

步进电机的闭环控制可采用各种不同的方法,其中包括步校验、无传感器反电动势检测和有传感器反馈的全伺服控制。

1系统构成
本电机系统设计应用精密在螺纹非接触光电测试系统中,两相步进电机通过精密滚珠螺杆把电机的轴角运动转化成直线位移运动,带动负载平台及上边安装的测试系统在螺管内部进行直线运动,实现对螺纹的实时检测。

由于螺纹检测属于精密检测,对精密位移台的定位精度、速度范围和速度稳定性提出了很高的要求,因此步进电机采用开环控制方式是达不到系统的指标要求的,针对系统的要求步进电机要采用闭环细分控制方式。

电机控制系统设计采用有传感器反馈的全伺服控制方法。

其系统组成包括四部分:(1)使用89S52单片机实现电机控制器设计;(2)电机细分驱动器采用东芝公司生产的TA8435电机驱动专业芯片实现电机细分驱动器的设计;(3)位置反馈传感器采用分辨率
1
图1步进电机闭环细分控制系统功能图
Fig.1Diagram for close-loop subdivision control system func-
tion of stepper motor
2细分驱动器设计
结合螺纹检测系统对位移平台定位精度和速度范围的要求,步进电机步距角不能满足使用条件,在设计中采用细分驱动的方法,细分驱动电路是通过对步进电机的励磁绕组中电流的控制,来调整步进惦记步距角的大小,把原来的一个整步步距角细分成若干步来完成,从而实现步进电机的高精度定位,提高了步进电机的分辨率。

实现细分驱动的方法有很多种,设计中使用了东芝公司生产的单片正弦细分二相步进电机驱动专用芯片TA8435,芯片采用的是脉宽调制式斩波驱动,该芯片有电路连接简单,工作稳定,特点如下:
(1)工作电压范围宽(10
、B+、B
图2细分驱动电路原理图
Fig.2Circuit schematic diagram of subdivision driving
在系统中使用的位移平台螺杆导程L为4mm (即电机轴转动一周负载平台的直线位移量),细分数为为0.9°
,分数为
而转台的移动速度和脉冲频率、细分选择、电机本身的固有频率有关。

在设计中由89S52的内部
定时器
表1特性数据
Tab.1Character data
位移分辨率


m光栅尺,把定光栅安装在平台基座的一侧,动光栅和运动的负载平台固定在一起,形成具有检测回路的精密位移平台。

当步进电机转动时,通过螺杆带动平台和负载直线运动,这个过程中定光栅与动光栅相对运动,产生莫尔条纹,使转换电路输出脉冲信号,直接提供给89S52计数器端口,89S52把当前计数值与由键盘或PC机通过串口传来的数据进行比对,监测实际位移值与设定值是否一致,从而实现了位移闭环控制,保证了定位精度的准确性。

与此同时,在软件设计上,使用高优先级定时中断,根据设定速度参数不同,选取不同的时间间隔求平均速度,与设定速度值比较,求出偏差,实时校正运行速度,使平台运行速度稳定,提高螺纹检测系统的检测精度。

4抗干扰性和稳定性研究
在工程应用中,系统的稳定性是最为重要的。

在本系统设计中只有了解步进电机的使用方法,才能采取合理的抗干扰性措施,使步进电机控制系统可靠的工作。

系统中采用了以下抗干扰措施。

由于步进电机的具有电磁特性,对单片机控制电路有电磁干扰,因此在电路设计上采用了光电隔离技术,即在89S52输出的电机控制信号与TA8435电机驱动模块的控制信号输入端之间加入光电耦合期间TLP521_2,实现信号的电电调制,原理图如图3所示。

其中在接受和发送两端要做到电气上完全隔离。

图3光电隔离原理图
Fig.3The Schematic of optoelectronic isolate
电源是干扰步进电机控制系统的途径之一,电源干扰主要是通过供电线路的阻抗耦合产生的,各种大功率用电、发电设备是主要的干扰源。

基于系统对可靠性的要求较高,在电源输入端加上低通滤波器,吸收掉电源中的大部分"毛刺"。

走线上驱动器的I/O线与大功率线分开走线,防止干扰控制线。

软件上采用两种方法进行可靠性设计。

一是在程序设计加如软件陷阱,在程序跑飞或死机的情况下,能够自动报警并重新启动。

二是程序设计中加入了加减速离散控制算法。

由于在实际系统中,时钟脉冲信号变化太快,步进电机由于惯性将跟随不上电信号的变化,这时会出现堵转和失步现象;在停止时由于急剧变化会出现过冲现象,从而影响系统的定位精度。

实验证明,在频繁启动和停止时这种现象尤其明显。

在设计中当系统启动时,步进电机的运行要经过加速、匀速和减速三个阶段,设定频率超过启动下限频率fn时,系统驱动电机从频率fn开始启动,每间隔时间△t提高频率△f,直到达到设定频率,匀速运行(如图4所示),停止减速过程与启动过程类同。

实验验证,经过离散化控制可一定程度的解决步进电机加减速控制中的失步和过冲,在减少噪音的同时提高了定位精度。

(下转第53页)
宋鸿飞,等:步进电机闭环细分驱动控制系统设计
第2期95
2制备工艺
一般地,截止带高反射的要求比较容易实现。

但是对于通带,由于透射率对膜层的相对厚度十分敏感,因此在制备中很难把握,即使一个很小的误差也会引起通带的透射率发生变化。

另外,匹配层是这个膜系的敏感层,其误差会引起通带波纹的改变。

因此,精确控制膜层厚度是制备滤光片的关键。

实验在GX -900型真空镀膜机上完成。

采用晶控监控膜厚[4],电子束蒸发的方法,并辅以霍尔离子源。

二氧化钛的蒸发速率为0.2nm/s 。

二氧化硅的蒸发速率为0.7nm/s 。

分别制备出长波通滤光片和短波通滤光片,并将二者组合,得到测试曲线如图5。

图5激发滤光片的测试曲线
Fig.5
Measured result of the excitation color filter
从图中可以看出透射率曲线与理论曲线(图2)基本吻合。

如果消除零件背面4.25%的反射损失,则可见区的平均反射率达到98%左右,该膜系满足设计要求。

3结论
本文使用等效折射率的概念,采用了一种基于
自动优化的非规整膜层匹配方法,通过加匹配层很好地消除了通带波纹,从理论角度分析了滤光片的设计方法及设计过程,并给出了镀制该膜系的工艺要点。

通过测试曲线可以看出,做到了高精度波长定位,并实现了高透射率的要求。

参考文献
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熊鹰,等:干涉型激发滤光片的研究
第2期53
(上接第95页)
图4步进电机加速离散化曲线
Fig.4The Curve of accelerated discretization
about step motor
5结论
步进电机闭环细分控制系统可以解决电机失步
和机械平台结构对精密位移平台的定位的影响,满足了系统的精度要求;同时细分驱动方式还可以避免电机低频共振;另外软件离散升频算法的实验,
也一定程度上解决了失步问题。

但是由于光栅尺的使用,研制成本增加,因此并不是所有设计中都要使用闭环系统,应根据实际使用需求合理配置。

参考文献
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