步進電機全閉環控制技巧

摘要

　　步進電機由于體積精巧、價格低廉、運行穩定，在低端行業應用廣泛，步進電機運動控制實現全閉環，是工控行業的一大難題。

　　引言

　　主要問題有兩個，原點的不確定性和失步，目前，采用高速光電開關作為步進系統的原點，這個誤差在毫米級，所以在精確控制領域，是不能接受的。另外，為了提高運行精度，步進電機系統的驅動采用多細分，有的大于16，假如用在往復運動過程中，誤差大的驚人。已經不能適應加工領域。

　　為此，提出步進電機全閉環控制系統，以適應目前運動控制領域的需求。

　　1、 硬件連接

　　硬件連接加裝編碼器，根據細分要求，采用不同等級的解析度編碼器進行實時反饋。

　　2、 原點控制

　　根據編碼器的Z信號，識別、計算坐標原點，同數控系統相同，精度可以達到2/編碼器解析度×4。

　　3、 失步控制

　　根據編碼器的反饋數據，實時調整輸出脈沖，根據失步調整程度，采取相應辦法。

　　下圖是電路原理

　　4、 電路原理描述

　　電路采用超大規模電路FPGA,輸入、輸出可以達到兆級的相應頻率，電源3.3V,利用2596開關電源，將24V轉為3.3V,方便實用。

　　輸入脈沖與反饋脈沖進行4倍頻正交解碼后計算，及時修正輸出脈沖量和頻率。

　　5、 應用描述

　　本電路有兩種模式，返回原點模式和運行模式。當原點使能開關置位時，進入原點模式，反之，進入運行模式。

　　在原點模式，以同步于輸入脈沖的頻率輸出脈沖，當碰到原點開關后，降低輸出脈沖頻率，根據編碼器的Z信號，識別、計算坐標原點。返回原點完成后，輸出信號。此信號及其數據在不斷電的情況下，永遠保持。

　　在運行模式，以同步于輸入脈沖的頻率輸出脈沖，同時計算反饋數據，假如出現誤差，及時修正。另外，大慣量運行時，加減速設置不合理的情況下，可能會及時反向修正。

　　6、 技術指標

　　(1)輸入輸出相應頻率：≤1M;

　　(2)脈沖同步時間誤差：≤10ms;(主要延誤在反向修正，不考慮反向修正，≤10us)

　　(3)重定位電氣精度： ≥2/編碼器解析度×4/馬達解析度×細分)

　　(4)重定位原點電氣精度≥2/編碼器解析度×4/馬達解析度×細分)

　　(5)適應PNP,NPN接口

　　(6)適應伺服脈沖控制

　　(7)適應各種編碼其接口

　　步進電機運動控制一旦解決上述問題，增加數百元成本的情況下可以實現全閉環控制，毫不遜色于伺服系統。特別是其價格低廉、控制簡單、壽命長久的特點在某些場合，可能優于伺服系統。