步進(jìn)電機(jī)全閉環(huán)控制系統(tǒng)問題探究

        步進(jìn)電機(jī)因體積精巧、價格低廉、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)在各大行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但是步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動控制實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制仍是工控行業(yè)的一大難題。

        問題主要體現(xiàn)是原點(diǎn)的不確定性和失步現(xiàn)象。目前，采用高速光電開關(guān)作為步進(jìn)系統(tǒng)的原點(diǎn)，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(yùn)行精度，步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的驅(qū)動采用多細(xì)分，有的大于16，假如用在往復(fù)運(yùn)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，東莞電機(jī)提出步進(jìn)電機(jī)全閉環(huán)控制系統(tǒng)，以適應(yīng)目前運(yùn)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(xì)分要求，采用不同等級的解析度編碼器進(jìn)行實(shí)時反饋。

2、原點(diǎn)控制

        根據(jù)編碼器的Z信號，識別、計算坐標(biāo)原點(diǎn)，同數(shù)控系統(tǒng)相同，精度可以達(dá)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(shí)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。

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(dá)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(shí)用。輸入脈沖與反饋脈沖進(jìn)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(diǎn)模式和運(yùn)行模式。當(dāng)原點(diǎn)使能開關(guān)置位時，進(jìn)入原點(diǎn)模式，反之，進(jìn)入運(yùn)行模式。

        在原點(diǎn)模式，以同步于輸入脈沖的頻率輸出脈沖，當(dāng)碰到原點(diǎn)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(diǎn)。返回原點(diǎn)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(yuǎn)保持。

        在運(yùn)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(yùn)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)

        輸入輸出相應(yīng)頻率：≤1M;

        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)

        重定位電氣精度： ≥2/編碼器解析度×4/馬達(dá)解析度×細(xì)分)

        重定位原點(diǎn)電氣精度≥2/編碼器解析度×4/馬達(dá)解析度×細(xì)分)

        適應(yīng)PNP,NPN接口

        適應(yīng)伺服脈沖控制

        適應(yīng)各種編碼其接口

        步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動控制一旦解決東莞電機(jī)上述問題，增加數(shù)百元成本的情況下可以實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制，毫不遜色于伺服電機(jī)系統(tǒng)。特別是其價格低廉、控制簡單、壽命長久的特點(diǎn)在某些場合，可能優(yōu)于伺服系統(tǒng)。