本發明涉及脈沖步進電機的控制技術領域,具體地說,涉及一種脈沖步進電機的控制方法。
背景技術:
以定位控制作為主要用途功能的機構有多種多樣,其通常是通過電機馬達驅動來實現的,最常用的是伺服電機與步進電機。
其中,步進電機是通過若干個一定角度的遞進(如:一個遞進為1.8度,又稱步進角)來實現轉子旋轉的,步進角對應一個脈沖信號,即給予一個脈沖信號即可使步進電機轉動一個步進角的角度。因此,使用者通過輸入一定的脈沖數即可較佳的通過步進電機實現定位控制功能。
就現有步進電機的控制方式來說,其不僅使得步進電機在到達目標位置時會因動態振動而導致定位不準確,而且定位精度主要取決于該步進電機固有的步進角的頻度(大小)。因此,基于現有步進電機的控制方式,使得步進電機的定位準確性以及精度均難以獲取較佳的提升。
技術實現要素:
本發明提供了一種脈沖步進電機的控制系統,其能夠克服現有技術的某種或某些缺陷。
根據本發明的脈沖步進電機的控制系統,其包括:
指令輸入模塊,其用于輸入運行指令;
控制模塊,其用于將運行指令轉換成整體波形為三角波或梯形波的時序脈沖信號,且時序脈沖信號的上升沿和下降沿均構造成階梯形;以及
功率控制模塊,其用于根據時序脈沖信號使電源模塊按一定的方式對步進電機的繞組進行供電。
本發明的脈沖步進電機的控制系統中,控制模塊所形成的控制脈沖(即時序脈沖信號)的整體波形能夠為三角波或梯形波,相比于現有采用整體波形為方波的控制脈沖來說,不會導致因在上升沿或下降沿處的電平(電流或電壓)急劇轉換而產生的震動,從而使得步進電機在目標位置處的緩沖性能能夠得到極大的提升,從而大大提升餓了步進電機定位的精確性。
另外,由于時序脈沖信號的上升沿和下降沿能夠均構造成階梯形,這使得通過對上升沿和下降沿的控制,能夠大大提升步進電機的定位精度。如,假定一個步進電機的每400個脈沖旋轉一周,如果通過將任一控制波形的上升沿和下降沿的級數和設定位50,那么就能夠實現20000次/周的細微化定位設定。
作為優選,還包括D/A轉換模塊,D/A轉換模塊用于將時序脈沖信號由數字量轉換成模擬量并發送給功率控制模塊。
本發明的脈沖步進電機的控制系統中,由于上升沿或下降沿能夠是階梯波,因此上升沿或下降沿在每級(階梯波的每級)轉換之間會存在一個較明顯的電平(電流或電壓)變化,該電平(電流或電壓)變化會導致轉子在轉動時存在一個微弱震動。通過將時序脈沖信號轉換為模擬量,即可使得功率控制模塊能夠接收到連續、平穩的控制信號,從而較佳避免了該微弱震動,進而大大提升了定位準確性。
作為優選,功率控制模塊用于依照時序脈沖信號對步進電機繞組的電壓進行控制。
作為優選,功率控制模塊用于依照時序脈沖信號對步進電機繞組的電流進行控制。
本發明還提供了一種脈沖步進電機的控制方法,其能夠克服現有技術的某種或某些缺陷。
根據本發明的脈沖步進電機的控制方法,其按信號處理流程包括如下步驟::
(1)通過一指令輸入模塊輸入運行指令;
(2)通過一控制模塊將運行指令轉換成整體波形為三角波或梯形波的時序脈沖信號,且使時序脈沖信號的上升沿和下降沿均為階梯波;
(3)通過一功率控制模塊按照時序脈沖信號,控制電源模塊按一定的方式對步進電機的繞組進行供電。
本發明的脈沖步進電機的控制方法中,控制模塊所形成的控制脈沖(即時序脈沖信號)的整體波形能夠為三角波或梯形波,相比于現有采用整體波形為方波的控制脈沖來說,不會導致因在上升沿或下降沿處的電平(電流或電壓)急劇轉換而產生的震動,從而使得步進電機在目標位置處的緩沖性能能夠得到極大的提升,從而大大提升餓了步進電機定位的精確性。
另外,由于時序脈沖信號的上升沿和下降沿能夠均構造成階梯形,這使得通過對上升沿和下降沿的控制,能夠大大提升步進電機的定位精度。如,假定一個步進電機的每400個脈沖旋轉一周,如果通過將任一控制波形的上升沿和下降沿的級數和設定位50,那么就能夠實現20000次/周的細微化定位設定。
作為優選,步驟(2)中,控制模塊包括數字電路或微處理器。從而便于時序脈沖信號的生成。
作為優選,步驟(2)中,在時序脈沖信號產生后,還通過一D/A轉換模塊將時序脈沖信號由數字量轉換成模擬量。
本發明的脈沖步進電機的控制方法中,由于上升沿或下降沿能夠是階梯波,因此上升沿或下降沿在每級(階梯波的每級)轉換之間會存在一個較明顯的電平(電流或電壓)變化,該電平(電流或電壓)變化會導致轉子在轉動時存在一個微弱震動。通過將時序脈沖信號轉換為模擬量,即可使得功率控制模塊能夠接收到連續、平穩的控制信號,從而較佳避免了該微弱震動,進而大大提升了定位準確性。
作為優選,步驟(3)中,功率控制模塊控制電源模塊對步進電機繞組的電流或電壓進行調節。
作為優選,步驟(2)中,在步進電機與目標停止位置間的偏差大、需要高速運轉時,使所述階梯波的級數較少;在步進電機與目標停止位置間的偏差較小、需要減速運轉時,使所述階梯波的級數逐漸增加;在步進電機與目標停止位置間的偏差微小、即將停止運轉時,使所述階梯波的級數較多。通過該種設定,能夠大大提升步進電機的定位準確度。另外,此處所說的“級數較少”和“級數較多”為一相對概念,并不是對級數的數量進行限定。
附圖說明
圖1為實施例1中的一種脈沖步進電機的控制系統的示意圖;
圖2為現有脈沖步進電機的控制系統的時序圖;
圖3為實施例1中的一種脈沖步進電機的控制系統的時序圖;
圖4為圖3中對應部分的放大示意圖;
圖5為圖3中任一單個時序脈沖信號的上升沿的示意圖;
圖6為實施例2中在步進電機與目標停止位置間的偏差大、需要高速運轉時的階梯波示意圖;
圖7為實施例2中在步進電機與目標停止位置間的偏差較小、需要減速運轉時的階梯波示意圖;
圖8為實施例2中在步進電機與目標停止位置間的偏差微小、即將停止運轉時的階梯波示意圖。
具體實施方式
為進一步了解本發明的內容,結合附圖和實施例對本發明作詳細描述。應當理解的是,實施例僅僅是對本發明進行解釋而并非限定。
實施例1
如圖1所示,本實施例提供了一種脈沖步進電機的控制系統,其包括:
指令輸入模塊,其用于輸入運行指令;
控制模塊,其用于將運行指令轉換成整體波形為三角波或梯形波的時序脈沖信號,且時序脈沖信號的上升沿和下降沿均構造成階梯形;以及
功率控制模塊,其用于根據時序脈沖信號使電源模塊按一定的方式對步進電機的繞組進行供電。
本實施例中,控制模塊包括脈沖發生單元和脈沖分配單元,脈沖發生單元用于接收運行指令并形成脈沖控制信號,脈沖分配單元用于將脈沖控制信號分配成用于對步進電機的每個繞組進行控制的時序脈沖信號。
本實施例中,還包括D/A轉換模塊,D/A轉換模塊用于將時序脈沖信號由數字量轉換成模擬量并發送給功率控制模塊。
本實施例中,功率控制模塊能夠對應時序脈沖信號對步進電機繞組的電壓或電流進行控制。
為了較為直觀的描述本實施例中的控制系統,現以采用本實施例中的控制系統和現有控制系統對具有4個繞組(該4個繞組分別為A、B、C和D)的單極步進電機進行控制為例,一一進行說明。
現有脈沖步進電機的控制系統均采用方波脈沖信號對步進電機進行控制,如圖2所示,為現有脈沖步進電機的控制系統的時序圖。由該時序圖可知,當A、B、C、D依次處于高電平時,轉子依次與A、B、C、D對齊,從而實現了轉子的轉動。可以明顯的看出:1、轉子在任意相鄰繞組間的位置處不可能實現細致的精確的定位,即現有控制系統的定位精度不能夠突破因步進電機固有結構所產生的限制;2、任一繞組均是陡然得電和失電的,這就使得任一繞組對轉子的扭矩均是陡然產生或陡然消退,從而導致轉子在脈沖切換間會存在震動,這就會嚴重導致步進電機的定位準確度降低。
如圖3所示,為本實施例中的控制系統的時序圖。結合圖4作具體分析,可知:在轉子在由A處轉動至B處時,B處是逐漸得電(通過時序脈沖信號控制B處的功率即可實現)的,之后A處逐漸失電,從而使得A對轉子產生的扭矩逐漸降低,B對轉子的扭矩逐漸增加,從而使得轉子能夠較平穩的由A處轉動至B處,從而較佳的提升了轉子運行過程中的緩沖性能,大大降低了轉子的震動,從而大大提升了定位準確度。另,圖4中表示步進角。
如圖5所示,為任一單個時序脈沖信號上升沿的示意圖(下降沿類似)。結合圖4作具體分析,可知:在B中的功率(電壓或電流)從0逐漸升至最大時,轉子從A處轉動至A與B之間位置處;在A中的功率(電壓或電流)從最大逐漸降低至0時,轉子從A與B之間位置處轉動至B處;在此過程中,由于上升沿和下降沿均構造成梯形波,而任一級梯形波均與轉子在A與B之間的某一位置一一對應,從而通過對梯形波的控制,即可較佳的實現轉子在A與B之間的位置處進行定位,從而能夠較佳的突破步進電機結構而對定位精度造成的限制,大大提升了任一步進電機的定位精度。
實施例2
基于實施例1的控制系統,本實施例提供了一種脈沖步進電機的控制方法,其按信號處理流程包括如下步驟:
(1)通過一指令輸入模塊輸入運行指令;
(2)通過一控制模塊將運行指令轉換成整體波形為三角波或梯形波的時序脈沖信號,且使時序脈沖信號的上升沿和下降沿均為階梯波;
(3)通過一功率控制模塊按照時序脈沖信號,控制電源模塊按一定的方式對步進電機的繞組進行供電。
本實施例中,步驟(2)中,控制模塊包括數字電路或微處理器。
本實施例中,步驟(2)中,在時序脈沖信號產生后,還通過一D/A轉換模塊將時序脈沖信號由數字量轉換成模擬量。
本實施例中,步驟(3)中,功率控制模塊控制電源模塊對步進電機繞組的電流或電壓進行調節。
本實施例中,步驟(2)中,如圖6所示,在步進電機與目標停止位置間的偏差大、需要高速運轉時,使所述階梯波的級數較少;如圖7所示,在步進電機與目標停止位置間的偏差較小、需要減速運轉時,使所述階梯波的級數逐漸增加;如圖8所示,在步進電機與目標停止位置間的偏差微小、即將停止運轉時,使所述階梯波的級數較多。圖6、7和8僅給出了上升沿的示意圖,下降沿類似。
以上示意性的對本發明及其實施方式進行了描述,該描述沒有限制性,附圖中所示的也只是本發明的實施方式之一,實際的結構并不局限于此。所以,如果本領域的普通技術人員受其啟示,在不脫離本發明創造宗旨的情況下,不經創造性的設計出與該技術方案相似的結構方式及實施例,均應屬于本發明的保護范圍。