本實(shí)用新型專利技術(shù)涉及一種步進(jìn)電機(jī)多細(xì)分恒速轉(zhuǎn)矩控制器,技術(shù)特征在于:外部脈沖輸入隔離電路,隔離電路聯(lián)接CPLD主控芯片;CPLD主控芯片分別聯(lián)接細(xì)分?jǐn)?shù)選擇開關(guān)、正反轉(zhuǎn)開關(guān)、起動停止開關(guān)、電流檢測過流保護(hù)電路、DA轉(zhuǎn)換電路和晶振電路;DA轉(zhuǎn)換電路聯(lián)接電流給定電路和2路恒流驅(qū)動電路,2路恒流驅(qū)動電路聯(lián)接兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的繞組;電流檢測過流保護(hù)電路聯(lián)接兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的繞組。本實(shí)用新型專利技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單,無需外配配置芯片;單獨(dú)做為主控芯片,不與其他數(shù)字處理芯片配合使用,結(jié)構(gòu)簡單。(*該技術(shù)在2020年保護(hù)過期,可自由使用*)
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本技術(shù)涉及一種兩相混合式步進(jìn)電機(jī)恒速轉(zhuǎn)矩控制器,是一種兩相混合式步 進(jìn)電機(jī)控制器。技術(shù)背景 步進(jìn)電機(jī)作為伺服機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部分,對于高精度控制系統(tǒng),一般采用電流控制方 式的驅(qū)動系統(tǒng),以細(xì)分驅(qū)動為最佳控制方式。目前最常用的是采用單片機(jī)設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)控 制器,優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉,有成熟的技術(shù)和豐富的資源,但匯編語言的編寫有一定的難度,且 程序可讀性不強(qiáng)。采用DSP也能實(shí)現(xiàn)多細(xì)分高速控制,但是DSP軟件程序是順序執(zhí)行的,而 CPLD是硬件連接,外接相同的晶振,能達(dá)到的最高速度比DSP要高很多。FPGA和CPLD —樣, 產(chǎn)品高度集成化、系統(tǒng)化,縮短和簡化硬件設(shè)計(jì)和升級的過程,能實(shí)現(xiàn)多細(xì)分高速控制,但 是FPGA的內(nèi)部資源很豐富,資源得不到充分的利用,有些浪費(fèi)。從搜索到的論文看,有不少 采用單片機(jī)和CPLD組合使用設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)控制器,CPLD在系統(tǒng)中只做簡單的組合邏輯使 用,還有一部分雖然也采用CPLD單獨(dú)做為主控芯片,但采用的大都是是MAX3000和MAX7000 系列的CPLD,由于此類芯片內(nèi)部資源有限,實(shí)現(xiàn)的功能只是簡單的運(yùn)行,不能實(shí)現(xiàn)高達(dá)128 細(xì)分的運(yùn)行方式。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
要解決的技術(shù)問題為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處,本技術(shù)提出一種兩相混合式步進(jìn)電機(jī)恒速轉(zhuǎn) 矩控制器。技術(shù)方案一種兩相混合式步進(jìn)電機(jī)恒速轉(zhuǎn)矩控制器,其特征在于包括復(fù)位開關(guān)、晶振電路、 隔離電路、細(xì)分?jǐn)?shù)選擇開關(guān)、正反轉(zhuǎn)開關(guān)、起動停止開關(guān)、CPLD主控芯片、DA轉(zhuǎn)換電路、電流 檢測過流保護(hù)電路、電流給定電路和2路恒流驅(qū)動電路;外部脈沖通過隔離電路將5V轉(zhuǎn)換 為3. 3V,輸出控制CPLD主控芯片;CPLD主控芯片根據(jù)細(xì)分?jǐn)?shù)選擇開關(guān)、正反轉(zhuǎn)開關(guān)或起動 停止開關(guān)的信號,在晶振電路輸出的時(shí)鐘信號控制下輸出細(xì)分?jǐn)?shù)據(jù)的量化值至DA轉(zhuǎn)換電 路;DA轉(zhuǎn)換電路根據(jù)電流給定電路輸出模擬轉(zhuǎn)換后的信號至2路恒流驅(qū)動電路;2路恒流 驅(qū)動電路將檢測的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)電流轉(zhuǎn)換的電壓與DA轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓進(jìn)行比 較,控制電機(jī)繞組上電壓的開通與關(guān)斷;電流檢測過流保護(hù)電路將兩相混合式步進(jìn)電機(jī)中 繞組信號與本電路保護(hù)電壓進(jìn)行比較,做出是否保護(hù)的邏輯信號送至CPLD主控芯片。所述的細(xì)分?jǐn)?shù)選擇開關(guān)為整步、2細(xì)分、4細(xì)分、8細(xì)分、16細(xì)分、32細(xì)分、64細(xì)分和 128細(xì)分。所述的DA轉(zhuǎn)換電路采用NJU39610D2。有益效果本技術(shù)提出的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)恒速轉(zhuǎn)矩控制器,本系統(tǒng)采用Altera公司的MAX II系列CPLD EPM570T100C3,其與FPGA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常接近,在小規(guī)模的時(shí)序邏 輯中使用更為方便實(shí)用,結(jié)構(gòu)簡單,且CPLD內(nèi)部是硬件實(shí)現(xiàn),速度很快,配以DA轉(zhuǎn)換電路 和恒流驅(qū)動電路,完全能實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的多細(xì)分高速恒轉(zhuǎn)矩控制。在相同時(shí)鐘下單獨(dú)采用 CPLD做主控芯片比采用DSP、單片機(jī)速度快;比FPGA節(jié)省資源,且結(jié)構(gòu)簡單,無需外配配置 芯片;單獨(dú)做為主控芯片,不與其他數(shù)字處理芯片配合使用,結(jié)構(gòu)簡單。附圖說明 圖1 本技術(shù)控制系統(tǒng)實(shí)施例的方框圖圖2 脈沖輸入及隔離電路圖具體實(shí)施方式現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對本技術(shù)作進(jìn)一步描述參見圖1,如其中的實(shí)施例所示,基于CPLD的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)多細(xì)分高速恒 轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)包括脈沖輸入、控制器和兩相混合式步進(jìn)電機(jī)。控制器包括一個復(fù)位開關(guān), 晶振電路,脈沖輸入隔離電路,三個細(xì)分?jǐn)?shù)選擇開關(guān),一個正反轉(zhuǎn)開關(guān),一個起動停止開關(guān), CPLD主控芯片,DA轉(zhuǎn)換電路,電流檢測過流保護(hù)電路,電流給定電路,恒流驅(qū)動電路。隔離電路采用芯片ADUM1200,CPLD主控芯片采用EPM570T100C3,DA轉(zhuǎn)換電路采用 NJU39610D2DA轉(zhuǎn)換芯片,恒流驅(qū)動電路采用驅(qū)動芯片LMD18245T。電路聯(lián)接關(guān)系為外部脈沖輸入隔離電路,隔離電路聯(lián)接CPLD主控芯片;CPLD主 控芯片分別聯(lián)接細(xì)分?jǐn)?shù)選擇開關(guān)、正反轉(zhuǎn)開關(guān)、起動停止開關(guān)、電流檢測過流保護(hù)電路、DA 轉(zhuǎn)換電路和晶振電路;DA轉(zhuǎn)換電路聯(lián)接電流給定電路和2路恒流驅(qū)動電路,2路恒流驅(qū)動電 路聯(lián)接兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的繞組;電流檢測過流保護(hù)電路聯(lián)接兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的繞 組。參見圖1和圖2,詳細(xì)說明本技術(shù)所述控制器的工作流程。外部脈沖輸入連 接到隔離電路隔離芯片ADUM1200的3腳,經(jīng)隔離電路,脈沖信號電壓經(jīng)濾波處理,電壓值由 5V轉(zhuǎn)換為3. 3V,從隔離芯片ADUM1200的6腳輸出,連接到CPLD,CPLD采用EPM570T100C3, CPLD內(nèi)部資源根據(jù)程序布局布線,形成期望的電路。該電路根據(jù)細(xì)分?jǐn)?shù)選擇開關(guān)、正反轉(zhuǎn)開 關(guān)、起動停止開關(guān)的信號,晶振電路輸出的時(shí)鐘信號,在脈沖輸出的和晶振電路輸出時(shí)鐘信 號的控制下,輸出數(shù)字量細(xì)分?jǐn)?shù)據(jù),該數(shù)據(jù)為正弦和余弦波形數(shù)據(jù)的量化值,兩路數(shù)據(jù)分時(shí) 輸出。該量化值輸出到DA轉(zhuǎn)換電路,該電路采用NJU39610D2DA轉(zhuǎn)換芯片,該芯片是專門為 兩相步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動而設(shè)計(jì)的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器,一片NJU39610D2內(nèi)部具有兩路D/A轉(zhuǎn)換, 7位分辨率,以及電流方向控制Sign輸出,根據(jù)電流給定電路給定的電壓值,輸出相應(yīng)大小 的模擬值。該模擬值輸出到恒流驅(qū)動電路,恒流驅(qū)動電路采用專用驅(qū)動芯片LMD18245T為 核心,該電路根據(jù)從兩相混合式步進(jìn)電機(jī)檢測的電流值轉(zhuǎn)換成電壓值,與D/A輸出的模擬 值進(jìn)行比較,若檢測出的電流轉(zhuǎn)換值大于D/A輸出的模擬值,電路截止加在電機(jī)繞組上的 電壓,反之,導(dǎo)通加在電機(jī)繞組上的電壓。這樣,D/A電路輸出不同的D/A輸出的模擬值,繞 組中就流過不同的電流值,電機(jī)繞組上流過的電流的大小始終與D/A電路輸出的模擬值保 持恒定的比值關(guān)系。電流檢測過流保護(hù)電路是對電機(jī)繞組中流過的電流進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測,轉(zhuǎn) 換成電壓值,與一計(jì)算好的定電壓進(jìn)行比較,當(dāng)此電壓大于定電壓時(shí),保護(hù)信號輸出為高電平,當(dāng)此電壓小于定電壓時(shí),保護(hù)信號輸出為低電平,此保護(hù)信號輸入到CPLD,電機(jī)的兩相保護(hù)相互獨(dú)立,兩路保護(hù)信號進(jìn)行或邏輯,無論是哪一路有一定寬度的高電平,CPLD就執(zhí)行 保護(hù)操作,復(fù)位NJU39610D2DA轉(zhuǎn)換芯片。參見圖1,本控制器主控芯片采用CPLD EPM570T100C3,充分利用片內(nèi)資源,且外部 電路簡單,可靠性高,控制程序在片內(nèi)通過布局布線實(shí)現(xiàn)硬件連接,速度快,實(shí)現(xiàn)電機(jī)的高 速控制,整步、2細(xì)分、4細(xì)分、8細(xì)分、16細(xì)分、32細(xì)分、64細(xì)分、128細(xì)分狀態(tài)運(yùn)行。參見圖2,包括脈沖輸入,隔離電路。該隔離電路包括一個電容Cl,一個電阻R1,一 個電阻R2,一個電容C2和脈沖輸出。電阻Rl起限流作用,電阻R2起消除干擾作用。在沒 有電阻R2的情況下,關(guān)掉外部信號發(fā)生器的脈沖輸入,電機(jī)有時(shí)候會繼續(xù)轉(zhuǎn)動,電機(jī)繼續(xù) 轉(zhuǎn)動時(shí)在脈沖輸出檢測到方波輸入,證明有干擾信號。加上電阻R2,關(guān)掉外部信號發(fā)生器的 脈沖輸入,并反復(fù)試驗(yàn)多次,電機(jī)均停止轉(zhuǎn)動,在脈沖輸出檢測不到信號,證明干擾信號消 除。權(quán)利要求一種兩相混合式步進(jìn)電機(jī)恒速轉(zhuǎn)矩控制器,其特征在于包括復(fù)位開關(guān)、晶振電路、隔離電路、細(xì)分?jǐn)?shù)選擇開關(guān)、正反轉(zhuǎn)開關(guān)、起動停止開關(guān)、CPLD主控芯片、DA轉(zhuǎn)換電路、電流檢測過流保護(hù)電路、電流給定電路和2路恒流驅(qū)動電路;外部脈沖輸入隔離電路,隔離電路聯(lián)接CPLD主控芯片;CPLD主本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種兩相混合式步進(jìn)電機(jī)恒速轉(zhuǎn)矩控制器,其特征在于包括復(fù)位開關(guān)、晶振電路、隔離電路、細(xì)分?jǐn)?shù)選擇開關(guān)、正反轉(zhuǎn)開關(guān)、起動停止開關(guān)、CPLD主控芯片、DA轉(zhuǎn)換電路、電流檢測過流保護(hù)電路、電流給定電路和2路恒流驅(qū)動電路;外部脈沖輸入隔離電路,隔離電路聯(lián)接CPLD主控芯片;CPLD主控芯片分別聯(lián)接細(xì)分?jǐn)?shù)選擇開關(guān)、正反轉(zhuǎn)開關(guān)、起動停止開關(guān)、電流檢測過流保護(hù)電路、DA轉(zhuǎn)換電路和晶振電路;DA轉(zhuǎn)換電路聯(lián)接電流給定電路和2路恒流驅(qū)動電路,2路恒流驅(qū)動電路聯(lián)接兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的繞組;電流檢測過流保護(hù)電路聯(lián)接兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的繞組。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員:劉景林,吳喜橋,韓英桃,
申請(專利權(quán))人:西北工業(yè)大學(xué),
類型:實(shí)用新型
國別省市:87[中國|西安]
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