[发明专利]异步控制步进电机阵列

说明书

技术领域

本发明涉及一种用单个控制器对大量步进电机进行异步控制的阵列，包括电机矩阵排列，开关控制装置。由计算机进行开关逻辑选择，与步进电机控制器的输出同步。

背景技术

随着微电子技术，电子计算机技术，电力电子技术和材料科学的飞速发展，国内外出现了许多性能优越的新型特种电机。此类电机(包括步进电机)具有较大的特殊性。如步进电机将数字脉冲信号转换为机械角位移，采用与计算机相关的控制技术，应用于各种交通运输，家用电器，电器传动及其它如武器装备，医疗设备等自动控制领域。

步进电机需要与控制器配合使用，不能直接使用普通交直流电源。一般情况下一台控制器可控制一台电机或同步控制几台步进电机运行。但涉及大量电机异步运行时，需要每台步进电机配备相应控制器，成本很高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是在实时性要求不高，十台或上百台步进电机需要异步运行时，能通过一个步进电机控制器进行低成本的控制。

为解决上述技术问题，本发明的构想是：将步进电机负载进行一种二维矩阵排列和连接，在两个维度上顺序连接多个开关控制器件，通过计算机并行输出对开关进行逻辑控制，以确定需运行的步进电机负载。同时由计算机指令控制相应的步进电机控制器输出控制脉冲信号，如：步距角，运行速度等。

作为实现本发明的第一种技术方案，是将大量的步进电机进行一种二维矩阵排列及相应连接。与一般控制矩阵不同，此种连接并不保证可以任意选择阵列中任意位置的数个步进电机同步运行。只能保证任意选择单个步进电机，或有一定位置限制的多个步进电机同步运行。

作为实现本发明的第二种技术方案，是选用半导体开关控制器件，而不是继电器等机电开关器件作为开关控制。两个维度的半导体开关器件基极都将连接到计算机的并行输出口上，由计算机程序输出的数字信号进行开关逻辑控制，以达到相应负载电机的选择。

作为实现本发明的第三种技术方案，是用计算机将开关控制与步进电机控制器输出同步，保证步进电机转速，步距角，角度细分，加减速，停止等信号能精确地加载到程序所指定的步进电机上。

作为实现本发明的第四种技术方案是，要为每台步进电机配备在断电情况下的弹簧或永磁体抱死装置。抱死装置在电机通电时打开，以便电机运转。断电时关闭，使电机停止在上次运行结束时的精确位置。

本发明大量减少了开关器件的数量，仅使用一台控制器上，降低了大量步进电机异步运行的成本，减小了功率消耗，逻辑控制简单。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明的电机矩阵排列和开关设置的原理图。

图2是控制实施方式的电路方框图和与其连接的电机开关阵列的电路原理图

具体实施方式

图1为本发明的电机矩阵排列与开关设置的原理图。按图由横向和纵向的连线将电机绕组负载1连接，横向开关2则按顺序分别连接到横向布置的连线一侧，纵向开关5按顺序设置在纵向布线的下方，所有横向开关2的另一端均连接到步进电机控制器的控制电压输出正极3，所有纵向开关5的另一端均连接到输出负极4。按上述连接方法则可以按照一定的开关逻辑选择需控制的电机，如开关TA3与TB1导通，则负载RA3B1被连接到步进电机控制器上，其它电机则被阻断。不断变化开关的组合，则可以按程序对电机进行选择控制。

考虑到步进电机控制器的输出功率范围，也可以选择数个电机进行同步控制，如TB1，TB3与TA1接通，则RA1B1与RA1B3被并联接通。

图2为控制实施方式的电路方框图和与其连接的电机开关阵列的电路原理图。

半导体开关器件2按图连接到电机阵列13，基极则按顺序连接到计算机8中的开关逻辑控制单元7并行输出口6上。程序指令单元9输出指令控制电机的选择。脉冲控制/角分控制电路和功率放大器组成步进电机的控制器部分，按计算机8输出的程序指令对选择的电机进行启动，停止等运行控制。

程序指令单元9同时要使开关逻辑控制与步进电机控制同步。

步进电机绕组1按图中的连接方式接入矩阵，步进电机转子12上应配备抱死装置，保证断开情况下的精确定位。