一种基于模拟闭环的步进电机位置控制系统技术方案

一种基于模拟闭环的步进电机位置控制系统，采用电压输出式位移传感器直接测量位移，同时将步进电机设计成整个位置控制系统中的一个速度控制单元，即脉冲频率控制器。该控制系统采用电压输出式位移传感器直接测量位移，同时利用ATmega8L单片机的快速PWM模式产生可以实时修改频率的方波信号，控制步进电机以线性速度进行位置跟随。不仅保证控制精度不受电机失步的影响，而且使控制系统设计简单合理，改善了系统控制性能。

A stepping motor position control system based on simulated closed loop

A stepper motor position control system based on analog closed loop step by directly measuring the displacement voltage output type displacement sensor, and the stepping motor is designed for the position control of a speed control unit in the system, namely the pulse frequency controller. Direct measurement of the displacement voltage output type displacement sensor using the control system, at the same time using fast PWM mode ATmega8L microcontroller can be modified in real time frequency square wave signal, the stepper motor control in linear speed position follow. Not only the control accuracy is not affected by the out of step of the motor, but also the design of the control system is simple and reasonable, and the control performance of the system is improved.

【技术实现步骤摘要】
一种基于模拟闭环的步进电机位置控制系统所属
本专利技术涉及一种基于模拟闭环的步进电机位置控制系统，适用于机械领域。
技术介绍
步进电机控制过程中存在失步，所以在传统的步进电机位置闭环控制系统中通常采用光栅编码器作为位移检测元件，控制方法则采用将位置偏差信号经过计算或查表得到步进电机需要转动的步数，然后输出一个脉冲个数一定的脉冲序列，脉冲频率往往恒定。这种做法缺点有两个：其一，加大了控制单片机的运算量而且实时性差、响应速度慢；其二，位置跟随过程中速度恒定，影响控制性能。
技术实现思路
本专利技术提出了一种基于模拟闭环的步进电机位置控制系统，采用电压输出式位移传感器直接测量位移，同时利用ATmega8L单片机的快速PWM模式产生可以实时修改频率的方波信号，控制步进电机以线性速度进行位置跟随。不仅保证控制精度不受电机失步的影响，而且使控制系统设计简单合理，改善了系统控制性能。本专利技术所采用的技术方案是：所述控制系统采用电压输出式位移传感器直接测量位移，同时将步进电机设计成整个位置控制系统中的一个速度控制单元，即脉冲频率控制器。利用ATmegaSL单片机的快速PWM模式可以使单片机在进行其它操作的时侯同步输出方波，其输出频率可以实时修改，而不会中断输出。同时利用ATmega8L单片机内部集成的10位模数转换器，在降噪ADC模式下采集两路电压。所述控制系统通过软件线性化处理使单片机输出方波频率正比于输入的两路电压信号(指令和位移反馈)之差。这样在位置跟随过程中，电机的转动速度与位置跟随误差保持严格的线性关系，实现线性速度进行位置跟随，改善了控制性能的同时保证控制精度不受电机失步的影响。所述控制电路电路就是由ATmegaSL构成的最小单片机系统，包括两路信号调理电路、ISP下载电路、复位和电源电路。程序控制功能分为：两路降噪模式ADC转换；线性化处理和控制算法计算；运用比较匹配中断模式实时修改输出方波频率，方向控制和死区判断。本专利技术的有益效果是：该系统采用电压输出式位移传感器直接测量位移，同时利用ATmega8L单片机的快速PWM模式产生可以实时修改频率的方波信号，控制步进电机以线性速度进行位置跟随。不仅保证控制精度不受电机失步的影响，而且使控制系统设计简单合理，改善了系统控制性能。附图说明图1是本专利技术的系统控制功能框图。图2是本专利技术的程序控制流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图1，所述控制系统采用电压输出式位移传感器直接测量位移，同时将步进电机设计成整个位置控制系统中的一个速度控制单元，即脉冲频率控制器。利用ATmegaSL单片机的快速PWM模式可以使单片机在进行其它操作的时侯同步输出方波，其输出频率可以实时修改，而不会中断输出。同时利用ATmega8L单片机内部集成的10位模数转换器，在降噪ADC模式下采集两路电压。高性能、低功耗的8位AVR微处理器ATmega8L是基于增强的AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于ATmega8L先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，工作于16M晶振时ATmegaSL的数据吞吐率高达16MIPS。快速PWM模式(WGMl3：0=5，6，7，14或15)可用来产生高频的PWM波形。由于步进电机细分驱动器对脉冲宽度都没有要求，因此将快速PWM模式设定为方波输出，(不用ATmegaSL的CTC模式产生方波，是由于CTC模式没有双缓冲功能)。快速PWM模式有双缓冲功能。通过设置寄存器TCCRlA和TCCRlB的相应位WGMl3：0=15来选定用寄存器OCRlA定义计数TOP值，并且设置寄存器COMlAl：0=1来设定OCRlA在比较匹配时进行逻辑电平取反。每次计数寄存器TCNTn从零开始计数一直累加到固定数OCRlA时电平取反。修改寄存器OCRlA的值要先启动比较匹配中断，这样在下一个计数周期TCNTn累加到固定数OCRlA时将产生中断，在中断程序中修改OCRlA的值也就修改了计数器的计数周期从而可以实时改变方波输出频率。控制系统通过软件线性化处理使单片机输出方波频率正比于输入的两路电压信号(指令和位移反馈)之差。这样在位置跟随过程中，电机的转动速度与位置跟随误差保持严格的线性关系，实现线性速度进行位置跟随，改善了控制性能的同时保证控制精度不受电机失步的影响。如图2，控制电路电路就是由ATmegaSL构成的最小单片机系统，包括两路信号调理电路、ISP下载电路、复位和电源电路。程序控制功能分为：两路降噪模式ADC转换；线性化处理和控制算法计算；运用比较匹配中断模式实时修改输出方波频率，方向控制和死区判断。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于模拟闭环的步进电机位置控制系统，其特征是：所述控制系统采用电压输出式位移传感器直接测量位移，同时将步进电机设计成整个位置控制系统中的一个速度控制单元，即脉冲频率控制器。

【技术特征摘要】
1.一种基于模拟闭环的步进电机位置控制系统，其特征是：所述控制系统采用电压输出式位移传感器直接测量位移，同时将步进电机设计成整个位置控制系统中的一个速度控制单元，即脉冲频率控制器。2.根据权利要求1所述的一种基于模拟闭环的步进电机位置控制系统，其特征是：所述利用ATmegaSL单片机的快速PWM模式可以使单片机在进行其它操作的时侯同步输出方波，其输出频率可以实时修改，而不会中断输出。3.根据权利要求1所述的一种基于模拟闭环的步进电机位置控制系...

【专利技术属性】
技术研发人员：申久祝，
申请(专利权)人：申久祝，
类型：发明
国别省市：辽宁,21