快速响应的步进电机极速驱动系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种快速响应的步进电机极速驱动系统及方法，步进电机通过同步转动机构连接增量式编码器，增量式编码器连接控制器，当步进电机转过一个步距角，增量式编码器相应的反馈一个或多个信号给控制器，控制器以此反馈信号作为驱动电机转过下一个步距角的信号。由于编码器反馈信号速度快，所以电机转过一个步距角之后，几乎同时将收到若干个编码器反馈信号，从而驱动下一个步距角。通过这个方法可以使得步进电机工作在其最高频率时不会出现丢步现象，大大降低了工业控制领域的传动误差，提高了步进电机的利用率，保证了控制精度，电机转速控制范围变大，响应速度快，便于精确定位，在数控加工等邻域可以得到广泛的使用，加工精度得到有效提高。

Fast response stepping motor speed drive system and method

The invention relates to a fast response speed of the stepping motor driving system and method, the stepper motor through the synchronous rotating mechanism is connected with the incremental encoder, incremental encoder connected to the controller, when the stepper motor turns a step angle encoder corresponding to one or more feedback signal to the controller, the controller feedback signal as the driving signal step motor turned a. Since the encoder feedback speed is fast, the motor will then receive several encoder feedback signals to drive the next step angle when the motor rotates a step angle. This method can make the stepper motor work does not appear in the highest frequency of lost step phenomenon, greatly reduces the transmission error in the field of industrial control, improve the utilization rate of the stepping motor, to ensure the precision of control, motor speed control range, fast response speed, convenient for accurate positioning, can be widely used in CNC machining accuracy can be improved effectively by neighborhood.

【技术实现步骤摘要】
快速响应的步进电机极速驱动系统及方法
本专利技术涉及一种步进电机驱动系统，尤其是一种步进电机极速驱动系统及方法。
技术介绍
步进电机的工作原理：步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机件。电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。步进电机与驱动电路组成的开环系统，因其结构简单、价格低廉在工业控制领域得到了广泛应用，步进电机经常被用于精确定位场合，保证电机不丢步至关重要。步进电机正常工作时，每接收一个控制脉冲就移动一个步距角，若连续地输入控制脉冲，电机就相应的连续转动，但当控制器发出的脉冲频率过高时，受步进电机工作特性影响，将出现丢步现象，严重影响控制精度。急需一种新的控制方法能够满足步进电机极速运动状态下，保证所要发的指令脉冲数等于步进电机所转过的步距角数，达到电机的极速运行并保证精度，提高工业生产的控制效率和产品的精度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种快速响应的步进电机极速驱动系统及方法，采用增量式编码器，保证步进电机快速响应且不丢步，使得电机能够适用于极速运行状态的要求。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种快速响应的步进电机极速驱动系统，包括控制器、步进驱动器、步进电机，所述控制器通过步进驱动器连接步进电机，所述步进电机通过同步转动机构连接增量式编码器，增量式编码器连接控制器，当步进电机转过一个步距角，增量式编码器相应的反馈一个或多个信号给控制器，控制器以此反馈信号作为驱动电机转过下一个步距角的信号。所述控制器为PLC、单片机、基于ARM芯片的控制器中的任一种。所述控制器具有高速脉冲输入中断接口，当增量式编码器反馈信号给控制器时，控制器优先处理反馈信号，完成快速响应；所述控制器具有高速脉冲输出口，当处理完反馈信号后，通过程序运算，当达到脉冲发送时刻，立即向驱动器发出一个脉冲信号。当步进电机每转过一圈需要的脉冲数p应当小于等于编码器线数l与转动比n的乘积，即：p≤1╳n时，所述步进电机每转过一圈所需要的脉冲数≤增量式编码器反馈回控制器的信号数。一种采用快速响应的步进电机极速驱动系统的驱动方法，控制器根据所要发的指令脉冲数n，频率f，向步进驱动器发出第一个脉冲信号p1，步进驱动器驱动步进电机转动一个步距角，与步进电机同步转动的增量式编码器转过相应角度并向控制器反馈k个反馈信号，每当编码器反馈信号通过高速输入口反馈到控制器时，控制器内部的计数器+1，当加到k个时，控制器向步进驱动器发出一个脉冲信号，如此周而复始，直到将指令脉冲数n发完。一个脉冲信号对应k个编码器反馈脉冲信号，如果k不是整数时，做累加运算；控制器收到一个反馈信号时，控制器内部计数i+＝，当i>＝1时，控制器发出一个脉冲信号，i-＝1，i剩下的小数部分继续累加用于下次发脉冲信号。本专利技术的有益效益在于：本专利技术提出以增量式编码器反馈信号作为步进驱动器发脉冲的信号。将增量式编码器和步进电机通过机械结构相连，当电机转过一个步距角，编码器相应的会反馈一个或多个信号给控制器，控制器以此反馈信号作为驱动电机转过下一个步距角的信号。由于增量式编码器反馈信号速度快，所以电机转过一个步距角之后，几乎同时将收到若干个编码器反馈信号，从而驱动下一个步距角。通过这个方法可以使得步进电机工作在其最高频率时不会出现丢步现象，大大降低了工业控制领域的传动误差，提高了步进电机的利用率。因此，本专利技术的系统及方法，很好地解决了步进电机高转速时易丢步的问题，保证了控制精度，电机转速控制范围变大，响应速度快，便于精确定位，在数控加工等邻域可以得到广泛的使用，加工精度得到有效提高。附图说明图1是本专利技术的快速响应的步进电机极速驱动系统框图；图2是控制器发出的脉冲信号与编码器反馈信号的时序图；图3是控制器输入输出信号处理的流程图；图4是快速响应的步进电机驱动方法的流程图。具体实施方式下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示，一种快速响应的步进电机极速驱动系统，包括控制器、步进驱动器、步进电机、增量式编码器。控制器通过步进驱动器连接步进电机，步进电机通过同步转动机构连接增量式编码器，增量式编码器连接控制器，当步进电机转过一个步距角，增量式编码器相应的反馈一个或多个信号给控制器，控制器以此反馈信号作为驱动电机转过下一个步距角的信号。控制器为PLC、单片机、基于ARM芯片的控制器中的任一种。控制器具有高速脉冲输入中断接口，当增量式编码器反馈信号给控制器时，控制器优先处理反馈信号，完成快速响应；所述控制器具有高速脉冲输出口，当处理完反馈信号后，通过程序运算，当达到脉冲发送时刻，立即向驱动器发出一个脉冲信号。当步进电机每转过一圈需要的脉冲数p应当小于等于编码器线数l与转动比n的乘积，即：p≤1╳n时，所述步进电机每转过一圈所需要的脉冲数≤增量式编码器反馈回控制器的信号数。控制器向步进驱动器发出一个脉冲信号，步进驱动器驱动步进电机转动一个步距角，与步进电机同步转动的编码器转过相应角度并向控制器反馈k个反馈信号，为了方便理解，取K＝1。如图2所示，由控制器根据频率的要求发出一个相应脉宽的脉冲p1给驱动器，驱动器驱动电机转过一个步距角，并通过机械传动，使得编码器转过一定角度，经过△t后，编码器反馈回控制器一个信号。控制器收到反馈信号后立即向驱动器发出第二个脉冲信号p2，以此类推。△t：控制器前一次发出的脉冲结束与编码器反馈回控制器信号的时间间隔，编码器的反馈信号是给到控制器的高速输入信号端口作中断处理，所以响应时间△t极短，几乎可以忽略不计，不会影响高频率脉冲信号的发出。如图3，4所示，一种采用快速响应的步进电机极速驱动系统的驱动方法，控制器根据所要发的指令脉冲数n，频率f，向步进驱动器发出第一个脉冲信号p1，步进驱动器驱动步进电机转动一个步距角，与步进电机同步转动的增量式编码器转过相应角度并向控制器反馈k个反馈信号，每当编码器反馈信号通过高速输入口反馈到控制器时，控制器内部的计数器+1，当加到k个时，控制器向步进驱动器发出一个脉冲信号，如此周而复始，直到将指令脉冲数n发完。一个脉冲信号对应k个编码器反馈脉冲信号，如果k不是整数时，做累加运算；控制器收到一个反馈信号时，控制器内部计数i+＝，当i>＝1时，控制器发出一个脉冲信号，i-＝1，i剩下的小数部分继续累加用于下次发脉冲信号。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速响应的步进电机极速驱动系统，包括控制器、步进驱动器、步进电机，所述控制器通过步进驱动器连接步进电机，其特征在于：所述步进电机通过同步转动机构连接增量式编码器，增量式编码器连接控制器，当步进电机转过一个步距角，增量式编码器相应的反馈一个或多个信号给控制器，控制器以此反馈信号作为驱动电机转过下一个步距角的信号。

【技术特征摘要】
1.一种快速响应的步进电机极速驱动系统，包括控制器、步进驱动器、步进电机，所述控制器通过步进驱动器连接步进电机，其特征在于：所述步进电机通过同步转动机构连接增量式编码器，增量式编码器连接控制器，当步进电机转过一个步距角，增量式编码器相应的反馈一个或多个信号给控制器，控制器以此反馈信号作为驱动电机转过下一个步距角的信号。2.根据权利要求1所述的快速响应的步进电机极速驱动系统，其特征在于：所述控制器为PLC、单片机、基于ARM芯片的控制器中的任一种。3.根据权利要求1所述的快速响应的步进电机极速驱动系统，其特征在于：所述控制器具有高速脉冲输入中断接口，当增量式编码器反馈信号给控制器时，控制器优先处理反馈信号，完成快速响应；所述控制器具有高速脉冲输出口，当处理完反馈信号后，通过程序运算，当达到脉冲发送时刻，立即向驱动器发出一个脉冲信号。4.根据权利要求1所述的快速响应的步进电机极速驱动系统，其特征在于：当步进电机每转过一圈需要的脉...

【专利技术属性】
技术研发人员：金政宇，蔡锦达，张菁，王德铭，贾文涛，方佳伟，罗小洪，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31