[发明专利]一种实现平面运动的伺服或步进电机控制系统及控制方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种平面运动控制技术，尤其是涉及一种实现平面运动的伺服或步进电机控制系统及控制方法。

背景技术

平面运动具有二维控制驱动的特点，平面运动在现代数控装备和其它超精密加工设备中具有广阔的应用前景，尤其在各种经济型数控系统中的运用比较广泛，如应用于激光加工系统中的激光切割机、激光划片机等，因此平面运动受到了学术界和工业界的广泛关注。在半导体前道加工装备领域中，要求平面运动的电机的运动精度达到亚微米级甚至纳米级，然而仅靠提高机械部件与电气执行部件自身精度来实现，不仅代价高昂而且难以实现高速度，因此最合适的方法是结合软硬件方法来提高精度。

目前，常见的电机平面运动联动技术一般采用软件方法，即采用现有的直线插补技术和圆弧插补技术来实现，但这种采用软件方法实现电机平面运动联动的技术受控制电机速度的限制，不能同时满足高速度与高精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种实现平面运动的伺服或步进电机控制系统及控制方法，其能够有效地提高伺服或步进电机控制的速度和精度，能够实现直线平面运动和圆弧平面运动。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种实现平面运动的伺服或步进电机控制系统，其特征在于包括时钟发生器、PLD芯片、第一伺服或步进电机和第二伺服或步进电机，所述的PLD芯片内置有控制器、用于速度控制的预分频器及用于轨迹控制的第一分频器和第二分频器，所述的时钟发生器的信号输出端与所述的预分频器的信号输入端连接，所述的预分频器的信号输出端分别与所述的第一分频器的信号输入端和所述的第二分频器的信号输入端连接，所述的控制器控制所述的第一分频器的分频数和所述的第二分频器的分频数，所述的第一分频器的信号输出端与所述的第一伺服或步进电机连接，所述的第二分频器的信号输出端与所述的第二伺服或步进电机连接，所述的第一伺服或步进电机和所述的第二伺服或步进电机同步移动。

该伺服或步进电机控制系统还包括嵌入式处理器，所述的嵌入式处理器分别与所述的控制器和所述的预分频器连接，所述的嵌入式处理器输出实现直线平面运动的参数或实现圆弧平面运动的参数给所述的控制器，所述的嵌入式处理器控制所述的预分频器的分频数。

如果当前时刻所述的第一分频器的信号输出端输出的脉冲信号的频率与所述的时钟发生器产生的时钟信号的频率固定，且所述的第二分频器的信号输出端输出的脉冲信号的频率与所述的时钟发生器产生的时钟信号的频率固定时，则当前时刻所述的第一伺服或步进电机将移动到的位置与所述的第二伺服或步进电机将移动到的位置成线性关系，实现直线平面运动；

如果当前时刻所述的第一分频器的信号输出端输出的脉冲信号的频率为X²+Y²=C的对X的导数，且所述的第二分频器的信号输出端输出的脉冲信号的频率为X²+Y²=C的对Y的导数时，则实现圆弧平面运动，其中，X为前一时刻所述的第一伺服或步进电机的位置，Y为前一时刻所述的第二伺服或步进电机的位置，C为常数。

一种实现平面运动的伺服或步进电机控制方法，其特征在于包括以下步骤：

①由时钟发生器产生时钟信号，并传输时钟信号给内置于PLD芯片内的预分频器，由预分频器对接收到的时钟信号进行分频处理，得到预分频后的脉冲信号，然后由预分频器传输预分频后的脉冲信号给内置于PLD芯片内的第一分频器和第二分频器；

②由第一分频器和第二分频器分别对各自接收到的脉冲信号进行分频处理，得到再次分频后的脉冲信号，其中，第一分频器的分频数和第二分频器的分频数由内置于PLD芯片内的控制器自动控制，通过改变第一分频器的分频数和第二分频器的分频数实现轨迹控制；

③由第一分频器输出的脉冲信号控制第一伺服或步进电机移动，同时由第二分频器输出的脉冲信号控制第二伺服或步进电机移动，实现对第一伺服或步进电机的转速和第二伺服或步进电机的转速的同步控制，进而实现平面轨迹控制。

所述的步骤①中预分频器的分频数由嵌入式处理器控制，通过改变预分频器的分频数实现第一伺服或步进电机和第二伺服或步进电机的速度控制。

如果当前时刻所述的第一分频器输出的脉冲信号的频率与所述的时钟发生器产生的时钟信号的频率固定，且所述的第二分频器输出的脉冲信号的频率与所述的时钟发生器产生的时钟信号的频率固定时，则当前时刻所述的第一伺服或步进电机将移动到的位置与所述的第二伺服或步进电机将移动到的位置成线性关系，实现直线平面运动；