[发明专利]基于步进驱动的位置随动控制系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种基于步进驱动的位置随动控制系统及控制方法，其控制系统，包括控制器、步进电机驱动器、步进电机、减速机和随动转台，控制器接收上位机位置给定，完成转台的位置控制，并将速度指令通过与步进电机驱动器之间的连接电缆传输给步进电机驱动器，完成步进电机的速度控制。所述的控制器通过上位机接口接收位置给定，在处理器中完成位置控制运算，通过脉冲输出信号、方向输出信号输出到步进电机驱动器，控制步进电机运行。所述的处理器以上位机位置给定与虚拟位置反馈组成闭环位置控制，并通过最大频率限制、频率变化率的控制实现位置随动系统的控制功能。

技术领域

本发明涉及基于步进驱动的位置随动控制系统及控制方法，属于随动控制系统技术领域。

背景技术

位置随动系统是在给定的位置输入信号预先未知且随时间变化的控制系统，且系统位置输出量随位置输入量的变化而变化，通常驱动系统采用伺服电机驱动系统。步进电动机与步进电机驱动器组成的开环驱动系统，没有位置反馈元件，相比较采用伺服电机驱动，结构简单、价格低廉，在经济型设备中得到了广泛应用。

步进电机位置控制目前主要采用两种方法，方法1：在预先知道位置输入的情况下，采用运动轨迹加减速规划方法，实现步进电机的位置控制，如中国专利申请号：CN201210422712.3，申请日：2012年10月30日，专利名称为：一种步进电机的控制系统及控制方法，该发明涉及一种步进电机的控制系统及控制方法，由数字信号处理模块依据位置指令产生指数型加减速曲线，控制步进电机定位，这是目前步进电机控制普遍采用的方法。方法2：在负载末端安装位置传感器，检测负载的实际位置作为位置反馈信号，实现位置闭环控制，如文献“步进电机闭环伺服系统的高精度控制”（制导与引信，2013年第3期）中的基于步进驱动的位置闭环控制系统。

方法1是常用的步进驱动系统的位置控制方法，对应位置随动系统，其位置输入往往是未知的，因此难以采用轨迹规划的方式完成位置控制；方法2在位置控制系统增加位置传感器，作为位置反馈信号，可防止步进驱动失步或过冲，不足在于增加了硬件，系统复杂化，提高了位置控制系统的成本。

发明内容

为了解决上述不足，本发明提供了一种基于步进驱动的位置随动控制系统及控制方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种基于步进驱动的位置随动控制系统，包括控制器、步进电机驱动器、步进电机、减速机和随动转台；控制器接收上位机位置给定，完成转台的位置控制，并将速度指令即脉冲输出信号和方向输出信号通过与步进电机驱动器之间的连接电缆传输给步进电机驱动器，完成步进电机的速度控制；步进电机输出轴与减速机输入转轴相连，带动减速机转动；减速机输出轴与随动转台转轴相连，带动随动转台转动。

所述的控制器包括处理器、上位机接口、脉冲输出信号和方向输出信号，所述的控制器通过上位机接口接收位置给定，在处理器中完成位置控制运算，通过脉冲输出信号、方向输出信号输出到步进电机驱动器，控制步进电机运行。

所述的处理器具备至少两个ARM定时器，所述处理器的位置控制运算包括位置给定、匹配系数、位置调节器、频率限制、频率变化率控制、频率输出和虚拟位置反馈，所述的处理器以上位机的位置给定与虚拟位置反馈组成闭环位置控制，并通过最大频率限制、频率变化率的控制实现位置随动系统的控制功能。

所述的匹配系数是将位置给定转换为位置给定脉冲数量,其计算式如式（1）：

(1)

式（1）中，为减速机速比，为步进驱动系统细分角（单位：度/脉冲）；

位置给定脉冲数量计算式为式（2）:

(2)。

所述的位置调节器的计算如式（3）：

(3)