步进电机极速驱动方法技术

本发明专利技术涉及一种步进电机极速驱动方法，将编码器与步进电机机械相连，且步进电机和编码器同步转动，控制器每输出一个脉冲给步进驱动器，步进驱动器驱动电机转动一个步距角；当步进电机转过一个步距角，编码器跟随同步反馈一个或多个信号给控制器，控制器以此反馈信号作为触发信号，输出下一个脉冲控制驱动电机转过下一个步距角。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。

【技术实现步骤摘要】
步进电机极速驱动方法
本专利技术涉及一种电机驱动方法，特别涉及一种步进电机极速驱动方法。
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
本专利技术是针对步进电机极速运动状态下丢步的问题，提出了一种步进电机极速驱动方法,保证步进电机极速运行状态下快速响应且不丢步。本专利技术的技术方案为：一种步进电机极速驱动方法，将编码器与步进电机机械相连，且步进电机和编码器同步转动，控制器每输出一个脉冲给步进驱动器，步进驱动器驱动电机转动一个步距角；当步进电机转过一个步距角，编码器跟随同步反馈一个或多个信号给控制器，控制器以此反馈信号作为触发信号，输出下一个脉冲控制驱动电机转过下一个步距角。所述步进电机极速驱动方法，具体步骤如下：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，编码器与步进电机同步转动并向控制器反馈k个反馈信号，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进行加法运算处理，当加到k个时，控制器向步进驱动器发出下一个脉冲P2，如此周而复始，直到将指令脉冲数n发完。所述控制器内部的计数器进行加法运算处理，具体如下：1个脉冲信号对应k个编码器反馈脉冲信号，i初始值为0，控制器每收到一个反馈信号，控制器内部计数i=i+1/k，当i>=1时，控制器发出一个脉冲信号，然后i-=1，即去掉i的整数部分，保留小数部分，小数部分将继续累加用于下一次发脉冲计算中去。所述步进电机每转过一圈需要的脉冲数M应当小于等于编码器线数l与转动比A的乘积，M为驱动器细分数，即：M≤l*A，当满足上述条件时，电机每转过一圈所需要的脉冲数，小于等于编码器编码器转动一圈反馈的信号数。本专利技术的有益效果在于：本专利技术步进电机极速驱动方法，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为本专利技术步进电机极速驱动方法流程图；图2为本专利技术控制器发出的脉冲信号与编码器反馈信号的时序图。具体实施方式由于步进电机的自身特性，决定了其在高速运动状态下会出现丢失脉冲现象，有时甚至出现频率过高使得电机出现堵死现象。将增量式编码器和步进电机通过机械结构相连，并保证步进电机和编码器同步转动。当电机转过一个步距角，编码器相应的跟随同步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触发信号，控制驱动电机转过下一个步距角。以编码器反馈信号作为步进驱动器发脉冲的信号，形成闭合控制，防止丢失脉冲。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。一种步进电机驱动方法，其具体实现方法如下：如图1所示步进电机极速驱动方法流程图，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，驱动器驱动电机转动一个步距角，与电机同步转动的编码器转过一定角度并向控制器反馈k个反馈信号，反馈信号的个数k与编码器的线数和电机与编码器的转动比有关。编码器的线数越大，电机与编码器的转动比越高，意味着电机每转过一个步距角，编码器的反馈信号数k越多。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进行加法运算，当加到k个时，控制器向驱动器发出下一个脉冲。如此周而复始，直到将指令脉冲数n发完。1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，需要做累加运算。i初始值为0，控制器每收到一个反馈信号时，控制器内部计数i+=（i=i+1/k），当i>=1时，控制器发出一个脉冲信号，然后i-=1（当i>=1时，去掉i的整数部分，保留小数部分，小数部分将计入下一次脉冲计算中去，如，假设当前i=0.8,k=4,用公式i=i+1/k计算，i=0.8+0.25=1.05,此时i需要减一，并发出一个脉冲，i=i-1=0.05，此小数部分0.05将进入下一个脉冲计数，i+=1/k,即，i=0.05+0.25=0.3，直到再次达到i>=1的条件时，发出一个脉冲并对i作减一处理），i剩下的小数部分继续累加用于下次发脉冲信号。控制器向驱动器发出一个脉冲信号，驱动器驱动电机转动一个步距角，与电机同步转动的编码器转过一定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所示控制器发出的脉冲信号与编码器反馈信号的时序图，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。控制器用于接收并处理编码器反馈信号且能够发出脉冲信号，可以是PLC、单片机、基于ARM芯片的控制器等。控制器应具备高速脉冲输入中断接口，当编码器反馈信号反馈回控制器时，控制器应当优先处理反馈信号，完成快速响应。控制器应具备高速脉冲输出口，当处理完反馈信号后，通过程序运算，如果已到达脉冲发送时刻，应立即向驱动器发出一个脉冲信号。步进电机的细分数，即电机每转过一圈需要的脉冲数M(M为驱动器细分数)应当小于等于编码器线数l与转动比A的乘积，即：M≤l*A当满足上述条件时，电机每转过一圈所需要的脉冲数，小于等于编码器编码器转动一圈反馈的信号数。这样做的目的不仅是编写程序简单，且保证驱动器每收到的一个脉冲信号均是由控制器对一个或多个编码器反馈信号做出响应后发出。通常编码器的选型根据控制要求对线数进行选型，一般编码器的线数越高，反馈回驱动器的反馈信号数越多。以转动比为A举例，电机转动一圈，编码器转动A圈，驱动器需要发出M个脉冲，为了满足控制要求，使驱动器可以有更大范围的细分数调节范围，通常要求编码器线数应尽量大一些，或者通过改变传动比，使A变大也可达到目的。编码器线数的增大，使得反馈回控制器的反馈信号数增多，但是不能超过控制器的高速中断输入的响应能力，通常不超过50K均可满足要求，编码器选型一般2000线即可。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种步进电机极速驱动方法，其特征在于，将编码器与步进电机机械相连，且步进电机和编码器同步转动，控制器每输出一个脉冲给步进驱动器，步进驱动器驱动电机转动一个步距角；当步进电机转过一个步距角，编码器跟随同步反馈一个或多个信号给控制器，控制器以此反馈信号作为触发信号，输出下一个脉冲控制驱动电机转过下一个步距角。

【技术特征摘要】
1.一种步进电机极速驱动方法，其特征在于，将编码器与步进电机机械相连，且步进电机和编码器同步转动，控制器每输出一个脉冲给步进驱动器，步进驱动器驱动电机转动一个步距角；当步进电机转过一个步距角，编码器跟随同步反馈一个或多个信号给控制器，控制器以此反馈信号作为触发信号，输出下一个脉冲控制驱动电机转过下一个步距角。2.根据权利要求1所述步进电机极速驱动方法，其特征在于，具体步骤如下：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，编码器与步进电机同步转动并向控制器反馈k个反馈信号，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进行加法运算处理，当加到k个时，控制器向步进驱动器发出下一个脉...

【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