[发明专利]产生任意频率脉冲的方法以及步进电机的升降速控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，具体地说，是涉及一种产生任意频率脉冲信 号的方法以及基于该方法设计的步进电机升降速控制方法。

背景技术

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进电机驱动器接收 到一个脉冲信号后，就驱动步进电机按照设定的方向转动一个固定的角度(称为 “步距角”)。步进电机的旋转是以固定的角度一步一步运行的，可以通过控制脉 冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率 来控制电机转动的速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的 特种电机，利用其没有积累误差(精度为100％)的特点，广泛应用于各种开环控制。 在非超载的情况下，步进电动机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和 脉冲数。因此，在启动时，若提供的频率过高，会使步进电机发生失步现象而不 能正常启动；停止时，若频率突然降为零，则会使步进电机发生过冲现象而导致 精度的降低。

传统的速度控制策略是匀加减速控制，无法使步进电机的转速平稳地过渡到 稳速运行状态，因而不适用于动态性能要求较严格的场合。传统的控制器件多采 用单片机，由于单片机是一种非并行执行的器件，各信号之间的同步性将受到一 定的影响，软件编程实现速度控制也较为繁琐。针对步进电动机的升降速控制问 题，理论上指数型曲线控制方法较好。但是，在产生连续可调的脉冲方面仍然存 在困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以产生任意频率脉冲信号的方法，应用于实际 被控对象，可以提高控制精度，使被控对象能够按照理想曲线运行。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种产生任意频率脉冲的方法，包括以下步骤：

首先，利用外部提供的时钟控制计数器计数；

其次，利用计数器的不同计数位对外部提供的时钟频率进行分频，并通过各 计数位输出不同分频频率的脉冲信号；

然后，根据实际需要提取其中的某一种或者某几种分频频率的脉冲信号进行 组合，以产生所需频率的脉冲信号。

采用上述产生任意频率脉冲的方法有时会出现提取出的某几种分频频率的脉 冲信号发生重叠的现象，为了进一步获得相互不重叠的脉冲信号，在利用计数器 的不同计数位对外部提供的时钟频率进行分频时，在计数器从0计数到最大值的 一个计数周期内，让计数器的每一个计数位仅在第一次跳变成1时输出一个脉冲 信号。

再进一步的，为了确保脉冲信号能够按照合成后的频率准确输出，需要将所 述所需频率的脉冲信号的输出周期Δt设置成大于等于计数器的计数周期的值。

基于上述任意频率脉冲信号的产生方法，本发明又提供了一种步进电机的升 降速控制方法，包括以下步骤：

(1)利用信号发生器外部提供的时钟控制信号发生器内部的计数器计数；

(2)利用计数器的不同计数位对外部提供的时钟频率进行分频，并通过各计 数位输出不同分频频率的脉冲信号；

(3)根据步进电机启动加速或者制动减速时实际所需要的脉冲频率，提取其 中的某一种或者某几种分频频率的脉冲信号进行组合，以产生所需频率的脉冲信 号，通过信号发生器输出给步进电机，控制步进电机运转。

为了获得相互不重叠的脉冲信号，在利用计数器的不同计数位对外部提供的 时钟频率进行分频时，在计数器从0计数到最大值的一个计数周期内，计数器的 每一个计数位仅在第一次跳变成1时输出一个脉冲信号。

进一步的，所述信号发生器以Δt为周期输出步进电机所需频率的脉冲信号， 所述Δt应大于等于计数器的计数周期，以保证提取出来的不同分频频率的脉冲 信号能够正常输出。

又进一步的，所述步进电机在启动阶段所需的控制频率由以下步骤获得：

首先，根据实际应用中的负载来具体选择一台步进电机；

其次，采用测量法绘制出所述步进电机的牵入转矩曲线和牵出转矩曲线；

再次，结合实际应用中选定的具体负载，确定出负载转矩T_L；并针对该负载 测量出步进电机的启动频率f_L和稳定运行频率f_H；