一种3D打印中的步进电机控制电路制造技术

本实用新型专利技术是一种3D打印中的步进电机控制电路，包括主控单元、恒流斩波单元、功率驱动单元、电流检测单元以及位置检测单元；主控单元产生相序信号，输入到恒流斩波单元与PWM波合成，将合成后的相序信号输入至功率驱动单元从而驱动步进电机；电流检测单元负责检测步进电机相电流值，电流检测单元传递信号至恒流斩波单元，位置检测单元负责检测步进电机运行位置，位置检测单元传递信号至主控单元。本实用新型专利技术的控制电路能够高效、准确、快速的控制步进电机。

【技术实现步骤摘要】
-种3D打印中的步进电机控制电路
本技术涉及一种步进电机的控制技术，尤其是在3D打印领域中使用的步进 电机。
技术介绍
3D打印中的电机控制，实际上是一种运动控制。根据运动控制的不同特点与应用 领域，运动控制系统可以分为点位运动系统与同步运动系统三种类型。点位运动系统的特 点是仅对终点位置有要求，与运动的中间过程即运动轨迹无关，这种运动被称为点位运动， 主要应用在数控钻床、印刷电路板（PCB)钻床、表面贴片机（SMT)、集成电路插装机等领域； 同步运动系统的特点是对多个轴之间的运动进行协调控制以实现位置或速度的同步，这种 运动被称为同步运动，主要应用在工业中套色印刷、包装机械、造纸、乳钢等领域。 由于通常的运动控制器只具有直线插补与圆弧插补功能，因此逼近方法一般采用 直线逼近与圆弧逼近两种方式。直线逼近又叫线性逼近，是常用的逼近曲线方法，其原理简 单，通常采用曲率圆弧来近似估计逼近误差以计算符合精度要求的逼近直线段参数变量， 并且应用范围广，可以用直线逼近各种复杂曲线。直线逼近虽然计算简单，应用范围广，但 是缺点是生成的逼近曲线不是一阶连续的，在期望精度高的场合生成的逼近直线段数太 多，造成数据存储和传输上的负担，影响运动的效率。圆弧逼近在一定程度上可以弥补直线 逼近的不足，采用适当的逼近方法可以生成一阶几何连续的逼近曲线，并且生成的逼近圆 弧数量较少，难点在于控制逼近误差的计算较复杂，难以解析地求解出目标曲线与逼近圆 弧之间的距离，往往需要借助数值计算方法才能求解出满足精度要求的逼近圆弧参数。 插补是运动控制器的核心功能，它是对由分段直线、圆弧等简单曲线组成的目标 曲线按照进给速度的要求实时进行数据点的密化生成由离散位置点序列组成的逼近轨 迹，发送给伺服驱动系统逐点进行跟踪控制，从而实现多轴连续轨迹运动。根据算法结构的 不同，通常把插补方法分为脉冲增量法与数据采样法两大类。脉冲增量法的特点是通过若 干次迭代运算完成对目标曲线的插补，每次迭代运算时在一个方向上只生成一个进给脉冲 输出给伺服电机，根据生成的脉冲的频率高低来决定进给速度的快慢。脉冲增量法一般采 用加法、乘法、移位与比较等简单运算来完成，运算量小，进给速度较低，通常只能插补一些 形式比较简单的曲线如直线、圆弧等。数据采样法的特点是采用粗、精两步来完成对目标曲 线的插补：第一步是粗插补，在目标曲线的起点与终点之间插入若干个点，在插入的点之间 采用直线段连接以实现对目标曲线的逼近，每段直线段对应一个插补周期并且直线段的长 度满足进给速度的要求；第二步是精插补，它是在粗插补得到的直线段上进行数据点的密 化，实现对直线段的逼近。数据采样法的应用范围比脉冲增量法广，可以实现各种复杂曲 线的插补，但是计算量也随目标曲线的复杂性相应地增加，使得实时性有所降低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种新型的、能够大规模普及应用的3D打印 机中的步进电机控制电路；能够1?效、准确、快速的控制步进电机。 本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种3D打印中的步进电机控 制电路，其特征在于：所述控制电路包括主控单元、恒流斩波单元、功率驱动单元、电流检测 单元以及位置检测单元； 主控单元产生相序信号，输入到恒流斩波单元与PWM波合成，将合成后的相序信 号输入至功率驱动单元从而驱动步进电机；电流检测单元负责检测步进电机相电流值，电 流检测单元传递信号至恒流斩波单元，位置检测单元负责检测步进电机运行位置，位置检 测单元传递信号至主控单元。 上述主控单元是DSP，DSP型号为TMS320F28 ; DSP接收到外部的步进电机选择和正反转信号后，在GPI0A 口上八位和GPI0B 口的 上四位输出三台步进电机的相序信号，输出顺序依次为A、/A、B、/B ;相序信号输出的是双 四拍状态 AB-/AB一 /A/B一 A/B。 上述恒流斩波单元控制绕组电流采用脉宽调制芯片SG3525 ;由绕组中反馈回来 的相电压加到1脚反相输入端，由AD7528转换输出的给定相绕组电压信号加到2脚同相输 入端；当反馈值小于基准值时，增大PWM波的占空比，从而增大绕组中流经的电流；当反馈 值大于基准值时，减小PWM的占空比，减小绕组电流。 上述功率驱动单元是DM0S全桥电机驱动器LMD18201芯片；当要使步进电机工作 在双四拍方式时，则3脚、5脚均正常输入，即5脚输入PWM信号，而3脚输入符号信号；。 当符号信号为逻辑1时，表不电机正向转动，逻辑〇表不电机反向转动；5脚的PWM信号占 空比与负载电流大小成正比关系；一片LMD18201芯片为一相Η桥结构，驱动一相步进电机 绕组。 上述电流检测单元串接精密电阻，获取与电流成比例关系的电压值，经过线性光 耦及其外围电路滤波、线性放大后，作为恒流斩波单元的反相端输入。 主控芯片负责控制部分，接收外部的电机选择和细分选择信号以及插补信号，并 综合外部信号对三个轴向的步进电机发出相应的控制信号，如发送各轴向步进电机的相序 信号、PWM波、细分值数字量、DA芯片的片选信号。逻辑合成单元中通过使用可编程逻辑器 件，把相序信号和PWM波进行合成，生成带斩波的相序信号。DA转换单元则通过使用双通 道的八位DA芯片，把由DSP发出的步进电机两相的细分值数字量转换为细分功能所需要的 细分值模拟量，通过DSP发出的片选信号和写信号来决定转换哪一相的细分值。电流保护 单元中，通过取得采样电阻上的电压值跟基准电压值比较，当超出基准电压时，停止系统工 作，用于保护电机和控制系统，使得相电流不超标。功率驱动单元采用内置两个Η桥的高集 成度步进电机控制专用驱动芯片来驱动步进电机，并且将DA转换单元输出的细分值模拟 量在驱动芯片中综合，完成细分功能。 针对多轴向步进电机协调控制结构复杂、集成度高的特点，从数字化控制的角度 出发，提出了一种多轴向协调控制系统构架，给出了完整的系统软硬件结构。以电流环和位 置环的双闭环结构为基础，根据各轴向进给原则和方法，将多轴向步进电机集中协调控制， 可对加工过程进行随动响应，以达到减小跟踪误差的目的。系统以数字控制芯片DSP为控 制核心，以步进电机集成驱动模块为辅助，采用上位机与控制系统协同工作的方式。所开发 的系统不仅有友好的人机交互界面，而且具有同步性高、稳定性好、功能灵活等特点。 细分技术是步进电机控制技术当中一项重要分支，它能有效地解决电机振动和噪 声问题。但是当处于高细分状态时，电机每走过一整步需要与细分数相应的脉冲个数。在 进行轮廓加工时，这就会影响插补速度。针对这个问题，系统采用了自适应细分技术。系统 跟踪误差较大时，控制步进电机运行在整步或低细分状态使其快速进给，带动执行机构迅 速减小误差，提高伺服系统的响应速度；在跟踪误差逐渐小的动态过程中，逐步提高电机的 细分数，以改善系统的跟踪精度。 【附图说明】 图1是控制系统框图； 图2是DSP信号输出示意图； 图3是恒流斩波接线图； 图4是功率驱动原理图； 图5是电流检测原理图； 【具体实施方式】 为了便于理解本专利技术，下面结合附图和具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种3D打印中的步进电机控制电路，其特征在于：所述控制电路包括主控单元、恒流斩波单元、功率驱动单元、电流检测单元以及位置检测单元； 主控单元产生相序信号，输入到恒流斩波单元与PWM波合成，将合成后的相序信号输入至功率驱动单元从而驱动步进电机；电流检测单元负责检测步进电机相电流值，电流检测单元传递信号至恒流斩波单元，位置检测单元负责检测步进电机运行位置，位置检测单元传递信号至主控单元。

【技术特征摘要】
1. 一种3D打印中的步进电机控制电路，其特征在于：所述控制电路包括主控单元、恒 流斩波单元、功率驱动单元、电流检测单元以及位置检测单元； 主控单元产生相序信号，输入到恒流斩波单元与PWM波合成，将合成后的相序信号输 入至功率驱动单元从而驱动步进电机；电流检测单元负责检测步进电机相电流值，电流检 测单元传递信号至恒流斩波单元，位置检测单元负责检测步进电机运行位置，位置检测单 元传递信号至主控单元。2. 根据权利要求1所述的3D打印中的步进电机控制电路，其特征在于：所述主控单元 是 DSP，DSP 型号为 TMS320F28 ; DSP接收到外部的步进电机选择和正反转信号后，在GPIOA 口上八位和GPIOB 口的上四 位输出三台步进电机的相序信号，输出顺序依次为A、/A、B、/B ;相序信号输出的是双四拍 状态 AB -/AB-/A/B-A/B。3. 根据权利要求2所述的3D打印中的步进电机控制电路，其特征在于：所述恒流斩波 单元控制绕组电流采用脉宽调制芯...

【专利技术属性】
技术研发人员：王帅夫，李乐尧，刘广森，赵科研，梁伟，梁洁，
申请(专利权)人：岳阳巅峰电子科技有限责任公司，
类型：新型
国别省市：湖南;43