步進電機全閉環(huán)控制技巧

　　摘要

　　步進電機由于體積精巧、價格低廉、運行穩(wěn)定，在低端行業(yè)應(yīng)用廣泛，步進電機運動控制實現(xiàn)全閉環(huán)，是工控行業(yè)的一大難題。

　　引言

　　主要問題有兩個，原點的不確定性和失步，目前，采用高速光電開關(guān)作為步進系統(tǒng)的原點，這個誤差在毫米級，所以在精確控制領(lǐng)域，是不能接受的。另外，為了提高運行精度，步進電機系統(tǒng)的驅(qū)動采用多細分，有的大于16，假如用在往復(fù)運動過程中，誤差大的驚人。已經(jīng)不能適應(yīng)加工領(lǐng)域。

　　為此，提出步進電機全閉環(huán)控制系統(tǒng)，以適應(yīng)目前運動控制領(lǐng)域的需求。

　　1、 硬件連接

　　硬件連接加裝編碼器，根據(jù)細分要求，采用不同等級的解析度編碼器進行實時反饋。

　　2、 原點控制

　　根據(jù)編碼器的Z信號，識別、計算坐標(biāo)原點，同數(shù)控系統(tǒng)相同，精度可以達到2/編碼器解析度×4。

　　3、 失步控制

　　根據(jù)編碼器的反饋數(shù)據(jù)，實時調(diào)整輸出脈沖，根據(jù)失步調(diào)整程度，采取相應(yīng)辦法。

　　下圖是電路原理

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　　4、 電路原理描述

　　電路采用超大規(guī)模電路FPGA,輸入、輸出可以達到兆級的相應(yīng)頻率，電源3.3V,利用2596開關(guān)電源，將24V轉(zhuǎn)為3.3V,方便實用。

　　輸入脈沖與反饋脈沖進行4倍頻正交解碼后計算，及時修正輸出脈沖量和頻率。

　　5、 應(yīng)用描述

　　本電路有兩種模式，返回原點模式和運行模式。當(dāng)原點使能開關(guān)置位時，進入原點模式，反之，進入運行模式。

　　在原點模式，以同步于輸入脈沖的頻率輸出脈沖，當(dāng)碰到原點開關(guān)后，降低輸出脈沖頻率，根據(jù)編碼器的Z信號，識別、計算坐標(biāo)原點。返回原點完成后，輸出信號。此信號及其數(shù)據(jù)在不斷電的情況下，永遠保持。

　　在運行模式，以同步于輸入脈沖的頻率輸出脈沖，同時計算反饋數(shù)據(jù)，假如出現(xiàn)誤差，及時修正。另外，大慣量運行時，加減速設(shè)置不合理的情況下，可能會及時反向修正。

　　6、 技術(shù)指標(biāo)

　　(1)輸入輸出相應(yīng)頻率：≤1M;

　　(2)脈沖同步時間誤差：≤10ms;(主要延誤在反向修正，不考慮反向修正，≤10us)

　　(3)重定位電氣精度： ≥2/編碼器解析度×4/馬達解析度×細分)

　　(4)重定位原點電氣精度≥2/編碼器解析度×4/馬達解析度×細分)

　　(5)適應(yīng)PNP,NPN接口

　　(6)適應(yīng)伺服脈沖控制

　　(7)適應(yīng)各種編碼其接口

　　步進電機運動控制一旦解決上述問題，增加數(shù)百元成本的情況下可以實現(xiàn)全閉環(huán)控制，毫不遜色于伺服系統(tǒng)。特別是其價格低廉、控制簡單、壽命長久的特點在某些場合，可能優(yōu)于伺服系統(tǒng)。