[发明专利]一种步进电机的控制装置及方法

说明书

技术领域

本发明属机电控制领域，具体涉及一种步进电机的控制装置及方法。 

背景技术

由于步进电机具有低转速、大扭矩、误差不累计等特点，在高精度位移台、高精度电动转台等精密测试设备领域得到广泛的应用。 

目前步进电机的控制方式大都采用功能单一的开环控制方式。其缺点有以下几个方面： 

1)驱动脉冲频率准确度和稳定度不够高而引起各相绕组通电周期不一致导致控制精度低； 

2)驱动脉冲频率不能根据负载需求和电机转速要求随意更改导致系统固有频率与驱动频率发生谐振而发生颤振和啸叫； 

3)传统方式的细分控制通常是通过手动调节驱动器细分拨码开关来实现，不能根据需要进行实时程控修改； 

4)由于传统控制装置驱动电流小且设定好后不能程控修改很难实现对大功率电机的直接驱动，现阶段多数使用的方法是通过丝杠或涡轮蜗杆等传动方式牺牲转速而提高扭矩以实现大负载驱动能力，但这种方式会引入机械结构件的齿间啮合误差和齿间空回，使运动精度下降，为了解决运动精度的问题，多数设计者使用加装编码器作为反馈的方式，但这无疑增加了设计成本和控制难度； 

5)多数驱动器自带半流自锁和全流自锁功能，即在电机静止时绕组上通过的工作时的一半电流值或全部电流值使电机锁定而不发生转动，但当用户需要手动旋转电机时需要使控制电路断电，操作不方便。 

由于上述技术问题，使得步进电机在精密测试设备应用领域中有 一定的局限性，很难同时保证大功率步进电机的驱动能力和运动精度，在测试设备的系统集成方面也很难通过软件程控实现用户自己实际需求参数的修改，不便于系统集成下的自动控制。 

发明内容

为了解决技术背景中存在技术问题和局限性，本发明提出了一种可远程控制、控制精度高、成本低并可实现手动控制的步进电机的控制装置及方法。 

本发明的具体技术方案是： 

一种步进电机的控制装置，其特征在于：包括计算机、单片机、控制信号光电隔离电路、线性非稳压电源、输出电流控制电路、驱动电路、绕组电流采集电路、参考电压比较电路、反馈信号光电隔离电路； 

计算机与单片机相互连接；单片机输出端经过控制信号光电隔离电路隔离后分别与驱动电路的控制信号输入端以及输出电流控制电路的输入端连接；输出电流控制电路的输出端与驱动电路的电流信号输入端连接；驱动电路的输出端分别与步进电机的输入端以及绕组电流采集电路的输入端连接；绕组电流采集电路的输出端与参考电压比较电路的输入端连接；参考电压比较电路的输出端经过反馈信号光电隔离电路隔离后与单片机连接； 

所述驱动电路上设置有线性非稳压电源。 

上述驱动电路采用双全桥MOSFET恒流斩波方式驱动步进电机；所述驱动电路最高耐压为50VDC，单相最大输出电流为4.5A，细分数可设置等级为1/2、1/8、1/16、1/32、1/40和1/64，并且能够实现20％、40％、60％和80％的绕组电流衰减。 

上述控制信号光电隔离电路以及反馈信号光电隔离电路的响应时间均为45ns。 

基于上述控制装置，现提出该装置的的控制方法，其特征在于,包括以下步骤： 

1)参数设置： 

1.1)计算机通过串口将步进电机需要设置的参数传输至单片机，单片机将接收到的参数发回计算机实现握手并根据参数内容输出控制信号；单片机输出的控制信号经过控制信号光电隔离电路隔离后送入驱动电路；所述控制信号包括细分、转动方向、绕组电流衰减方式； 

1.2)计算机通过串口将驱动输出电流值发送至单片机，单片机将接收到输出电流值发回计算机实现握手并根据输出电流值查找存储在RAM中的电流值与参考电压对应表后输出8bit数字电压信号； 

1.3)单片机输出的8bit数字电压信号经过控制信号光电隔离电路隔离后送入输出电流控制电路； 

1.4)输出电流控制电路将接收到的8bit数字电压信号转换成对应的模拟电压值并送入驱动电路； 

2)步进电机驱动： 

2.1)当完成步骤1)后，计算机开始通过串口将步进电机需要转动的脉冲数发送至单片机，单片机将收到的脉冲数发回至计算机实现握手并输出使能信号经过控制信号光电隔离电路隔离后使驱动电路输出使能有效； 

2.2)单片机运用自身定时器产生对应数量且准确度＜1×10^-5、稳定度＜1×10^-7的方波脉冲，并经过控制信号光电隔离电路隔离后传输至驱动电路；