高分辨率掃描控制系統及其細分驅動控制方法
【專利摘要】本發明公開一種高分辨率掃描控制系統，該系統包含：上位機，其輸出控制信息；現場可編程門陣列；其輸入端電路連接上位機串口，接收上位機輸出的控制信息，分析處理后輸出脈沖寬度調制信號；恒流斬波驅動控制模塊，其輸入端電路連接現場可編程門陣列，接收現場可編程門陣列輸出的脈沖寬度調制信號，輸出電機控制信號；電機；其電路連接恒流斬波驅動控制模塊，接收恒流斬波驅動控制模塊輸出的電機控制信號，對擺鏡進行控制。本發明通過現場可編程門陣列產生細分信號，并通過恒流斬波技術實現對輸入兩相混合步進電機電流的控制，以達到電機轉動時的高步距角分辨率以及穩定性和速度與方向的要求。
【專利說明】高分辨率掃描控制系統及其細分驅動控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高分辨率掃描控制系統中對擺鏡實現的高線性度和高穩定性的控制技術，具體涉及一種高分辨率掃描控制系統及其細分驅動控制方法。
【背景技術】
[0002]現有的為滿足光電系統大視場、高分辨率需求的光學機械掃描方法分為旋轉反射棱鏡，旋轉平面鏡以及擺動平面鏡。旋轉反射棱鏡可以實現高速掃描，掃描效率較高，但在會聚光束中會產生嚴重的像散，主要用于平行光束掃描，其掃描視場寬，圖像質量一般；旋轉平面鏡的掃描器結構簡單，掃描視場寬，但掃描效率低，圖像質量一般；擺動平面鏡在一定范圍內周期性擺動，既可用做平行光束掃描器，又可用做會聚光束掃描器，掃描效率不高，掃描視場窄。因此，在進行匯聚光束掃描時需選用擺動平面鏡掃描方式并通過一定的控制來擴大擺動平面鏡的有效擺動幅度、提高其有效掃描時間，減少無效掃描時間，從而能夠達到寬視場、聞效率、聞穩定性的技術指標。
[0003]同時，目前掃描擺鏡的驅動方式主要靠力矩電機直接驅動擺鏡，直驅方式可以達到很好的控制精度，掃描器結構也相對簡單，但這種驅動方式對電機的驅動能力要求極高，而且擺鏡的面積和轉動慣量也必須嚴格控制。
【發明內容】
[0004]本發明提供一種高分辨率掃描控制系統及其細分驅動控制方法，達到高分辨率光學系統在采集時所需的大視場，高分辨率以及高穩定性的光學機械擺動要求，同時實現了對擺鏡在擺動時的速度和方向的實時改變。
[0005]為實現上述目的，本發明提供一種高分辨率掃描控制系統，其特點是，該系統包含:
上位機，其輸出控制信息；
現場可編程門陣列；其輸入端電路連接上位機串口，接收上位機輸出的控制信息，分析處理后輸出脈沖寬度調制信號；
恒流斬波驅動控制模塊，其輸入端電路連接現場可編程門陣列，接收現場可編程門陣列輸出的脈沖寬度調制信號，輸出電機控制信號；
電機；其電路連接恒流斬波驅動控制模塊，接收恒流斬波驅動控制模塊輸出的電機控制信號，對擺鏡進行控制。
[0006]上述現場可編程門陣列包含:數字時鐘模塊，執行計數器，脈沖寬度調制生成器模塊，細分等級模塊，方向控制模塊；
數字時鐘模塊，其產生時鐘信號。并輸出到執行計數器、脈沖寬度調制生成器模塊、細分等級模塊以及方向控制模塊，以提供程序執行的基準時鐘信號；
執行計數器，其以給定時鐘信號為基準進行計數，達到一定計數值后產生并輸出控制信號至細分等級模塊；方向控制模塊，其按照給定指令輸出電機正向運轉或反向運轉的方向信號至細分等級模塊；
細分等級模塊，其接收控制信號和方向信號，在時鐘信號基準下給脈沖寬度調制生成器模塊發送相應的地址信號以得到脈沖寬度調制生成器模塊送回的8位數據信號并將其與控制信號一并輸出給后續電路；
脈沖寬度調制生成器模塊，其在接收到地址信號后，從相應地址取出8位數據信號輸出給細分等級模塊。
[0007]上述脈沖寬度調制信號包含方向信號與參考電壓信號。
[0008]上述現場可編程門陣列的I/O 口電路連接有比較器，該比較器接收現場可編程門陣列輸出的參考電壓信號，并與恒流斬波驅動控制模塊(3)輸出的負載感應電流取樣所得的取樣信號進行比較，輸出斬波控制信號至恒流斬波驅動控制模塊。
[0009]上述現場可編程門陣列的I/O 口與比較器之間還電路連接有數模轉換電路，用于將現場可編程門陣列輸出的數字信號轉換為模擬信號。
[0010]上述現場可編程門陣列的I/O 口分別與數模轉換電路及恒流斬波驅動控制模塊之間還電路連接有電平轉換電路，電平轉換電路輸出端分別電路連接至數模轉換電路輸入端以及恒流斬波驅動控制模塊輸入端；現場可編程門陣列輸出參考電壓信號至電平轉換電路進行電平轉換后傳輸至 數模轉換電路，現場可編程門陣列輸出方向信號至電平轉換電路進行電平轉換后傳輸至恒流斬波驅動控制模塊。
[0011]上述擺鏡的下方設有26位的編碼碼盤，該編碼碼盤實時探測擺鏡角度反饋至上位機。
[0012]上述電機采用兩相混合式步進電機。
[0013]一種上述的高分辨率掃描控制系統的細分驅動控制方法，其特點是，該方法包含以下步驟:
步驟1、測定并記錄均勻步距角細分后電機兩相的電流數據；
步驟1.1、將通入電機A、B兩相的電流按下式進行變化:
【權利要求】
1.一種高分辨率掃描控制系統，其特征在于，該系統包含: 上位機(1)，其輸出控制信息； 現場可編程門陣列(2);其輸入端電路連接所述上位機(I)串口，接收上位機輸出的控制信息，分析處理后輸出脈沖寬度調制信號； 恒流斬波驅動控制模塊(3 )，其輸入端電路連接所述現場可編程門陣列(2 )，接收現場可編程門陣列(2)輸出的脈沖寬度調制信號，輸出電機控制信號； 電機(4);其電路連接恒流斬波驅動控制模塊(3)，接收恒流斬波驅動控制模塊(3)輸出的電機控制信號，對擺鏡進行控制。
2.如權利要求書I所述的高分辨率掃描控制系統，其特征在于，所述現場可編程門陣列(2)包含:數字時鐘模塊，執行計數器，脈沖寬度調制生成器模塊，細分等級模塊，方向控制豐旲塊; 數字時鐘模塊，其產生時鐘信號，并輸出到執行計數器、脈沖寬度調制生成器模塊、細分等級模塊以及方向控制模塊，以提供程序執行的基準時鐘信號； 執行計數器，其以給定時鐘信號為基準進行計數，達到一定計數值后產生并輸出控制信號至細分等級模塊； 方向控制模塊，其按照給定指令輸出電機正向運轉或反向運轉的方向信號至細分等級模塊； 細分等級模塊，其接收控制信號和方向信號，在時鐘信號基準下給脈沖寬度調制生成器模塊發送相應的地址信號以得到脈沖寬度調制生成器模塊送回的8位數據信號并將其與控制信號一并輸出給后續電路；` 脈沖寬度調制生成器模塊，其在接收到地址信號后，從相應地址取出8位數據信號輸出給細分等級模塊。
3.如權利要求書I所述的高分辨率掃描控制系統，其特征在于，所述脈沖寬度調制信號包含方向信號與參考電壓信號。
4.如權利要求書3所述的高分辨率掃描控制系統，其特征在于，所述現場可編程門陣列(2 )的I/O 口電路連接有比較器(7 )，該比較器(7 )接收現場可編程門陣列(2 )輸出的參考電壓信號，并與恒流斬波驅動控制模塊(3)輸出的負載感應電流取樣所得的取樣信號進行比較，輸出斬波控制信號至恒流斬波驅動控制模塊(3)。
5.如權利要求書4所述的高分辨率掃描控制系統，其特征在于，所述現場可編程門陣列(2)的I/O 口與比較器之間還電路連接有數模轉換電路(5)，用于將現場可編程門陣列(2)輸出的數字信號轉換為模擬信號。
6.如權利要求書5所述的高分辨率掃描控制系統，其特征在于，所述現場可編程門陣列(2)的I/O 口分別與數模轉換電路(5)及恒流斬波驅動控制模塊(3)之間還電路連接有電平轉換電路(6)，電平轉換電路(6)輸出端分別電路連接數模轉換電路(5)輸入端以及恒流斬波驅動控制模塊(3)的輸入端；現場可編程門陣列輸出參考電壓信號至電平轉換電路(6)進行電平轉換后傳輸至數模轉換電路(5)，現場可編程門陣列輸出方向信號至電平轉換電路(6 )進行電平轉換后傳輸至恒流斬波驅動控制模塊(3 )。
7.如權利要求書I所述的高分辨率掃描控制系統，其特征在于，所述擺鏡的下方設有26位的編碼碼盤，該編碼碼盤實時探測擺鏡角度反饋至上位機(I )。
8.如權利要求書I所述的高分辨率掃描控制系統，其特征在于，所述電機(4)采用兩相混合式步進電機。
9.一種如權利要求1至8中任意一項權利要求所述的高分辨率掃描控制系統的細分驅動控制方法，其特征在于，該方法包含以下步驟: 步驟1、測定并記錄均勻步距角細分后電機兩相的電流數據； 步驟2、上位機(I)輸出控制信息至現場可編程門陣列(2)，根據步數選取對應的電流數據輸出至現場可編程門陣列(2)； 步驟3、現場可編程門陣列(2)根據接收的控制信息與電流數據，進行分析處理后，輸出方向信號與參考電壓信號；； 步驟4、電平轉換電路(6)接收現場可編程門陣列(2)輸出的參考電壓信號電平轉換后輸出至數模轉換電路(5)，接收現場可編程門陣列(2)輸出的方向信號電平轉換后輸出至恒流斬波驅動控制模塊(3)； 步驟5、數模轉換電路(5 )接收參考電壓信號進行數模轉換，輸出至比較器； 步驟6、比較器(7)接收參考電壓信號以及恒流斬波驅動控制模塊(3)輸出的負載感應電流取樣所得的取樣信號，輸出斬波控制信號至恒流斬波驅動控制模塊(3); 步驟7、恒流斬波驅動控制模塊(3)接收比較器輸出的出斬波控制信號、電平轉換電路(6)輸出的方向信號,輸出電機控制信號對電機(4)進行恒流斬波驅動控制； 步驟8、電機(4)控制擺鏡進行光學掃描。
10.如權利要求9所述高分辨率掃描控制系統的細分驅動控制方法，其特征在于，所述步驟I包含以下步驟: 步驟1.1、將通入電機A、B兩相的電流按下式進行變化:
【文檔編號】G05D3/12GK103699139SQ201310352923
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年8月14日 優先權日:2013年8月14日
【發明者】安博文, 劉毓博, 崔安杰 申請人:上海海事大學