一种高精度的步进电机控制系统设计实现

线 ，与 电机 的 电磁 转速 转矩 特 性相 适应 。
假设曲线分１ 段，最 高速为 １００ ／ ， ０ ０ ５０ Ｐ ｓ 以伺服系 统的步距 角为单 位 。 指数 曲线 ：Ｅ Ｐ 一 ／ ０ Ｘ （ｎ ５ ） 升速 曲线 ：Ｒ １０ ０ （ Ｘ （ｎ ５ ） ＝ ５ ０ ＊ 卜Ｅ Ｐ 一 ／ ０ ）
１ 引言 ． 制 领域得 到广泛 应用 。Ｔ Ｓ ２ Ｆ ８ ２ 列 的 Ｍ ３０ ２１系 选 ２ ｖ ４； ＤＰ Ｓ 芯片 具有 高速 的数字信 号能 力和专为 电 机 控 制而 设计 的结构 ，使得 高 实时 性要 求 机 ，基 本 步距 角０ ７ 度 ，选 配驱 动器 最 大 ．２
以进 行补 偿 和反 馈 故障 信 息 ，同时 提供 较 码 器 ；
限位 开关 选用 光 电限位 开 关 ，俯仰 和 可 以，但 降速 曲线 在 高速 时 的降 速加 速 度
高低各两 个 。
的性能 ，具有较 高 的性价 比。
２ 控制 系统组 成 ．
控制器用于完成微机伺服命令解释 ，在 此 时速 度 较 高时 容 易出 现失 步 的现 象 ，所
出一种低 成本、 高定位精度、高适用性的步进电机控制系统。
【 关键词 】高精度 ；步进 电机 ；Ｄ Ｐ Ｓ ；控制系统
方 位 步 进 电机 ： 五相 混 合 式 步 进 电 速 度 曲线 ， 包 含 升 速 曲线 和 降 速 曲 由于超 大 规模 集成 电路技 术 的迅速 发 机 ，基 本 步距 角０ ７ 度 ，选 配驱 动器 最大 线 ，可 以采 取 直 线 升 速 ，但 影 响 的 快 速 ．２ 展 ，Ｄ Ｐ 数 字信 号 处理 器 ）技 术在 电机 控 细 分２ ６ Ｓ（ ５ ，本 系统选用 １ 倍细 分 ，驱动 电压 性 。 比较来 说 ，指 数 曲线是 理 想 的速度 曲 Ｏ
俯 仰 步 进 电机 ： 五 相 混 合 式 步 进 电 指数速 度 曲线 见 图３ 。
和 复 杂算 法在 电机控 制 中 实现 成为 可 能 。
定 位 ，采 用两 重 补偿 反 馈和 开环 控 制相 结
细 分２６ ５ ，本 系统选用 １倍 细分 ，驱动 电压 ０
中心处理器选：Ｔ 公司的１ ２Ｆ８ ２ Ｉ ３ ０２１ ； 位 置传 感 器选 用３ ０ 线增 量式 光 电编 ６０
Ｉ ． 王程频筻 ……………
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一
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种 高精度的步进 电机控制 系统设计实现
河南中光 学集 团研发 中心 周 磊 吕瑞云
【 摘要 】介绍了一种低 成本、高精度 、高适用性步进 电机控制系统 中的关键技术实现方法，本设计基于Ｄ ｐ ｓ 芯￣Ｔ Ｓ ２ Ｆ ８２ Ｍ ３０ ２１ ，该器件上集成 了多种先进 的外设 ， 为 电机控制领域应用提供 了良好 的平 台。步进 电机 是一种开环执行元件 ，通过脉冲的个数控制转动 的角度 ，通过脉冲频率控制 电机转动 的速度 ，没有积 累误 差。 现 有步进 电机控制系统 ，大 多开环控制 ，而一般 的步进 电机 开环控制系统 ，精度和性能不能保证 ，闭环控制算法则 比较复杂 ，增加设计调试周期和成本 。本 文提
步 进 电机 ，传 动机构 为蜗轮 蜗杆 。
伺 服 传 动 机 构 采 用 涡 轮 涡 杆 ， 变 速 减 速控 制 ，输 出脉 冲信 号 给驱 动器 。编码 比６ ，具有 自锁 定 功能 ，并可 以大 大提 高 ０ 由于 步进 电机 属于 数字 脉 冲驱 动 型 ，一个 器 的正交信 号可 以直接送 给ＤＰ Ｓ 的码 盘接 口 电机 的输 出转矩 ，但 涡 轮涡 杆机 构 的 固有 系统 中 采用 步进 电机 作 为驱 动元 件 ， 由ＤＰ Ｓ 计数 ，也可 送给Ｆ Ｇ进 行计数 ，然后 缺 点， 具有 齿 间隙 ，严 重影 响 系统 的 定位 ＰＡ
系 统 通过 一种 模 糊控 制 方法 实 现高 精度 的 选 ２ ｖ ４； 合 提 供较 高 的运 行 效果 ，失步 检测 功能 可
高 的故 障适 用性 ， 可获 得近 似 于伺 服 电机
降速 曲线 ：Ｒ ＩＯ ＯＥＰ －／０ ＝５Ｏ ＊Ｘ （ｎ５）
经 过理 论和 试验 分 析 ，升速 曲线性 能 较 大 ，而 电机 在 高速 时 的力矩 输 入较 小 ，
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本 控 制系 统 由控 制器 ，步 进 电机 驱动 位 置反馈 下实现 步进 电机 的精确控 制，主要 以 把 降 速 曲线 设 计 为 升 速 曲线 的逆 转 过
器 ，步进 电机 、传 动机 构 、负 载 、和 光 电 包 括：微机通讯 接 口、码盘接 口、码盘信号 程 ，经 过 试验 证 明效 果很 好 。另 外 因从 静 码 盘等 组成 ，系统基 本组 成 图见 图 １ 。控制 处理 、驱动 电机接 口、Ｔ Ｓ ２ Ｆ ８ ２ 电源 止 升速 时 指数 曲线 的的加 速 度较 大 ，可 以 Ｍ ３０２ １ 、 同时也减 小 了停 止时 的过冲作 用 。 ４ ２空 回补偿 实现 ． 器 送 给驱 动 器 一定 频率 和 个数 的脉 冲 ，驱 等 ，其 中控制 主板接 口全部采 用光 电隔离措 增加 在低 速 阶段 的运 行 时 间 以防止 失步 ， 动 器 接 收脉 冲信 息 和方 向信号 ，码 盘 反馈 施，控制器原理框图见 图２ 所示。 位 置 信 息给 控制 器 ，步 进 电机 为直 流 五相 其 中 ，Ｄ Ｐ 为 核 心 处理 器 实 现各 种 Ｓ作
由Ｄ Ｐ ，进而 减轻 Ｄ Ｐ Ｓ取 Ｓ 的负 担 ，本 系统 的 精度 。为消 除次 间 隙 ，系统配 用 ３ ０ 线 码 ６０
盘 ，进 行位置 反馈 。 空 回产 生原 理说 明 ：效 果可 以参 考 下
外 围功 能和核 心算 法 ，ＦＧ 配合 ＤＰ ＰＡ Ｓ 实现加
脉 冲 走 一步 ，通 过 脉冲 的个数 可 以确 定其