一种一体式混合步进伺服电机的控制电路及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一体式混合步进伺服电机的控制电路，包括过压过流保护电路、微处理器电路、功率驱动电路、恒流斩波电路、串行接口电路、编码器电路、以及电源管理电路，过压过流保护电路、功率驱动电路、以及恒流斩波电路分别与微处理器电路电连接，功率驱动电路和恒流斩波电路彼此电连接，串行接口电路与电源管理电路的输入端电连接，电源管理电路的输出端与编码器电路、微处理器电路、以及功率驱动电路电连接，微处理器电路与编码器电路电连接。本发明专利技术能够解决现有混合一体式混合步进伺服电机的控制电路中存在的控制电路体积较为庞大、元器件数量较多、细分控制的电流存在较大纹波的技术问题。本发明专利技术还提供了一种上述控制电路的控制方法。

【技术实现步骤摘要】
一种一体式混合步进伺服电机的控制电路及其控制方法
本专利技术属于电机
，更具体地，涉及一种一体式混合步进伺服电机的控制电路及其控制方法。
技术介绍
目前，混合一体式混合步进伺服电机已经在打印机、数控机床、监控摄像等
得到了相当广泛的应用。现有混合一体式混合步进伺服电机主要依靠恒流斩波电路实现步进电机细分控制，从而提高步进电机运行的精度，降低步进低速运行下的振动；借助于光电编码器实现位置反馈，以实现堵转警告和失步补偿。然而，现有混合一体式混合步进伺服电机的上述控制电路普遍存在一些忽略的缺点：第一、控制电路体积较为庞大，元器件数量较多，要实现高功率密度有较大的困难；第二、用于细分控制的电流存在较大纹波。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种一体式混合步进伺服电机的控制电路及其控制方法，其目的在于，解决现有混合一体式混合步进伺服电机的控制电路中存在的控制电路体积较为庞大、元器件数量较多、细分控制的电流存在较大纹波的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种一体式混合步进伺服电机的控制电路，包括过压过流保护电路、微处理器电路、功率驱动电路、恒流斩波电路、串行接口电路、编码器电路、以及电源管理电路，过压过流保护电路、功率驱动电路、以及恒流斩波电路分别与微处理器电路电连接，功率驱动电路和恒流斩波电路彼此电连接，串行接口电路与电源管理电路的输入端电连接，电源管理电路的输出端与编码器电路、微处理器电路、以及功率驱动电路电连接，微处理器电路与编码器电路电连接，编码器电路将一体式混合步进伺服电机中转子的角度传送给微处理器电路，微处理器电路根据该转子的角度与预设角度之间的差值增大一体式混合步进伺服电机的工作电流。优选地，过压过流保护电路、微处理器电路、功率驱动电路、以及恒流斩波电路设置在PCB板的一面，串行接口电路、光耦隔离电路、编码器电路、串口通讯电路、以及电源管理电路是设置在PCB板的另一面。优选地，所述控制电路进一步包括LED指示电路和拨码开关电路，二者与微处理器电路设置在PCB板的同一面，LED指示电路和拨码开关电路分别与微处理器电路电连接。优选地，所述控制电路进一步包括光耦隔离电路以及串口通讯电路，二者与串行接口电路设置在PCB板的同一面，光耦隔离电路和串口通讯电路分别与串行接口电路电连接，光耦隔离电路和串口通讯电路分别与电源管理电路的输出端电连接，光耦隔离电路与微处理器电路电连接。优选地，过压过流保护电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、以及第一放大器，第三电阻一端与电源管理电路连接，另一端与第二电阻连接，其共同连接点连接到微处理器电路，第一电阻与电源管理电路彼此串联，第一电阻与第一放大器的输入端并联，第一放大器的输出端连接到微处理器电路。优选地，恒流斩波电路包括第一电阻、第二放大器、以及第一比较器，第一电阻与电源管理电路彼此串联，第一电阻与第二放大器的输入端并联，第二放大器的输出端连接第一比较器的正向输入端，第一比较器的反向输入端连接到微处理器电路，第一比较器的输出端连接到微处理器电路和功率驱动电路。优选地，编码器电路包括磁电编码器、差分子电路、以及掉电存储子电路，磁电编码器的一个输出端与差分子电路电连接，另一个输出端与掉电存储子电路电连接，掉电存储子电路是通过电容和EEPROM实现，在控制电路出现停电时，由电容向微处理器电路供电，此时微处理器电路将待保护的数据写入EEPROM中。根据本专利技术的另一方面，提供了一种上述一体式混合步进伺服电机的控制电路的控制方法，包括以下步骤：(1)电源管理电路启动，并为过压过流保护电路、微处理器电路、功率驱动电路、恒流斩波电路、串行接口电路、以及编码器电路供电；(2)串行接口电路接收来自于外部控制器的控制信号，并将该控制信号传送到微处理器电路；(3)微处理器电路根据该控制信号生成PWM信号，并根据该PWM信号控制恒流斩波电路产生驱动信号，以控制功率驱动电路驱动一体式混合步进伺服电机运行，同时获取恒流斩波电路中第一比较器CMP1输出端的信号，并根据该信号调节PWM信号的频率和占空比；(4)编码器电路实时获取一体式混合步进伺服电机中转子的角度，并判断该转子的角度是否等于预设角度，如果不等于则进入步骤(5)，如果等于则进入步骤(6)；(5)编码器电路将转子的角度反馈给微处理器电路，微处理器电路根据该转子的角度与预设角度之间的差值增大一体式混合步进伺服电机的工作电流；(6)串行接口电路接收来自于PLC的下一个控制信号，将该控制信号传送到微处理器电路，并重复上述步骤(3)至(5)，直至没有控制信号到达为止。优选地，调节后的PWM信号的频率fP2等于1/(K1·TC)，其中K1是周期调节系数，TC表示获取到的、恒流斩波电路中第一比较器CMP1输出端的信号的周期，调节后的PWM信号的占空比等于K2·TCL·fP2＝K2·TCL/(K1·TC)，其中K2是占空比调节系数，TCL表示获取到的、恒流斩波电路中第一比较器CMP1输出端的信号的低电平时间。优选地，预设角度等于m·θ/N，其中m为步骤(2)中控制信号中用于驱动一体式混合步进伺服电机转动θ/N角度的控制子信号的脉冲数，θ表示一体式混合步进伺服电机的步距角，N表示细分数，其取值等于2n，其中n的取值范围为0到8之间的自然数，增大后的工作电流等于Im+KC·Δθ，其中Im表示一体式混合步进伺服电机的当前工作电流，KC表示电流补偿系数，其取值范围是0到其中Imax表示整个控制电路所能够承受的最大电流，Δθ为该转子的角度与预设角度之间的差值。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1、由于本专利技术通过采用双面印刷电路板的设计，实现了控制电路结构的紧凑化和小型化；此外，通过进一步使用高度集成化、元器件数量少的过压过流保护电路、微处理器电路、功率驱动电路以及恒流斩波电路，进一步缩小了控制电路所在电路板的体积，因此能够解决现有混合一体式混合步进伺服电机的控制电路中存在的控制电路体积较为庞大、元器件数量较多的技术问题；2、由于本专利技术中的微处理器电路采用了内部放大器和比较器配合的控制策略，配合编码器电路实现的位置反馈，因此能够改善细分控制电流的纹波，提高一体式混合步进伺服电机的控制效率；3、本专利技术控制电路的元器件数量少，功能齐全，可靠性和性价比高；4、本专利技术控制方法通过对PWM信号的频率和占空比进行微调，能够减少一体式混合步进伺服电机的工作电流中的纹波，从而进一步降低一体式混合步进伺服电机的震动噪声，提高了控制效率；5、本专利技术在转子的角度没有达到预设角度的情况下，通过增加一体式混合步进伺服电机的工作电流，实现了一体式混合步进伺服电机的失步补偿，从而提高了一体式混合步进伺服电机的运行精度，减少了一体式混合步进伺服电机的运行误差。附图说明图1是本专利技术一体式混合步进伺服电机的控制电路的组成框图；图2是本专利技术控制电路中过压过流保护电路和恒流斩波电路的具体电路图；图3是本专利技术一体式混合步进伺服电机的控制电路的控制方法流程图。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-过压过流保护电路；2-LED指示电路；3-拨码开关电路；4-微处理器电路；5-功率驱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一体式混合步进伺服电机的控制电路，包括过压过流保护电路、微处理器电路、功率驱动电路、恒流斩波电路、串行接口电路、编码器电路、以及电源管理电路，其特征在于，过压过流保护电路、功率驱动电路、以及恒流斩波电路分别与微处理器电路电连接，功率驱动电路和恒流斩波电路彼此电连接；串行接口电路与电源管理电路的输入端电连接，电源管理电路的输出端与编码器电路、微处理器电路、以及功率驱动电路电连接；微处理器电路与编码器电路电连接；编码器电路将一体式混合步进伺服电机中转子的角度传送给微处理器电路，微处理器电路根据该转子的角度与预设角度之间的差值增大一体式混合步进伺服电机的工作电流。

【技术特征摘要】
1.一体式混合步进伺服电机的控制电路，包括过压过流保护电路、微处理器电路、功率驱动电路、恒流斩波电路、串行接口电路、编码器电路、以及电源管理电路，其特征在于，过压过流保护电路、功率驱动电路、以及恒流斩波电路分别与微处理器电路电连接，功率驱动电路和恒流斩波电路彼此电连接；串行接口电路与电源管理电路的输入端电连接，电源管理电路的输出端与编码器电路、微处理器电路、以及功率驱动电路电连接；微处理器电路与编码器电路电连接；编码器电路将一体式混合步进伺服电机中转子的角度传送给微处理器电路，微处理器电路根据该转子的角度与预设角度之间的差值增大一体式混合步进伺服电机的工作电流。2.根据权利要求1所述的一体式混合步进伺服电机的控制电路，其特征在于，过压过流保护电路、微处理器电路、功率驱动电路、以及恒流斩波电路设置在PCB板的一面，串行接口电路、光耦隔离电路、编码器电路、串口通讯电路、以及电源管理电路是设置在PCB板的另一面。3.根据权利要求1或2所述的一体式混合步进伺服电机的控制电路，其特征在于，所述控制电路进一步包括LED指示电路和拨码开关电路，二者与微处理器电路设置在PCB板的同一面；LED指示电路和拨码开关电路分别与微处理器电路电连接。4.根据权利要求1至3中任意一项所述的一体式混合步进伺服电机的控制电路，其特征在于，所述控制电路进一步包括光耦隔离电路以及串口通讯电路，二者与串行接口电路设置在PCB板的同一面；光耦隔离电路和串口通讯电路分别与串行接口电路电连接；光耦隔离电路和串口通讯电路分别与电源管理电路的输出端电连接；光耦隔离电路与微处理器电路电连接。5.根据权利要求1至4中任意一项所述的一体式混合步进伺服电机的控制电路，其特征在于，过压过流保护电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、以及第一放大器；第三电阻一端与电源管理电路连接，另一端与第二电阻连接，其共同连接点连接到微处理器电路；第一电阻与电源管理电路彼此串联，第一电阻与第一放大器的输入端并联，第一放大器的输出端连接到微处理器电路。6.根据权利要求1至5中任意一项所述的一体式混合步进伺服电机的控制电路，其特征在于，恒流斩波电路包括第一电阻、第二放大器、以及第一比较器；第一电阻与电源管理电路彼此串联，第一电阻与第二放大器的输入端并联；第二放大器的输出端连接第一比较器的正向输入端；第一比较器的反向输入端连接到微处理器电路，第一比较器的输出端连接到微处理器电路和功率驱动电路。7.根据权利要求1至6中任意一项所述的一体式混合步进伺服电机的控制电路，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁孟坤，刘健，胡佳，王阳，
申请(专利权)人：深圳市万至达电机制造有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44