本發(fā)明涉及脈沖步進(jìn)電機(jī)的控制技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種脈沖步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

以定位控制作為主要用途功能的機(jī)構(gòu)有多種多樣，其通常是通過電機(jī)馬達(dá)驅(qū)動來實(shí)現(xiàn)的，最常用的是伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)。

其中，步進(jìn)電機(jī)是通過若干個一定角度的遞進(jìn)(如：一個遞進(jìn)為1.8度，又稱步進(jìn)角)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的，步進(jìn)角對應(yīng)一個脈沖信號，即給予一個脈沖信號即可使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動一個步進(jìn)角的角度。因此，使用者通過輸入一定的脈沖數(shù)即可較佳的通過步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)定位控制功能。

就現(xiàn)有步進(jìn)電機(jī)的控制方式來說，其不僅使得步進(jìn)電機(jī)在到達(dá)目標(biāo)位置時(shí)會因動態(tài)振動而導(dǎo)致定位不準(zhǔn)確，而且定位精度主要取決于該步進(jìn)電機(jī)固有的步進(jìn)角的頻度(大小)。因此，基于現(xiàn)有步進(jìn)電機(jī)的控制方式，使得步進(jìn)電機(jī)的定位準(zhǔn)確性以及精度均難以獲取較佳的提升。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種脈沖步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)，其能夠克服現(xiàn)有技術(shù)的某種或某些缺陷。

根據(jù)本發(fā)明的脈沖步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)，其包括：

指令輸入模塊，其用于輸入運(yùn)行指令；

控制模塊，其用于將運(yùn)行指令轉(zhuǎn)換成整體波形為三角波或梯形波的時(shí)序脈沖信號，且時(shí)序脈沖信號的上升沿和下降沿均構(gòu)造成階梯形；以及

功率控制模塊，其用于根據(jù)時(shí)序脈沖信號使電源模塊按一定的方式對步進(jìn)電機(jī)的繞組進(jìn)行供電。

本發(fā)明的脈沖步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)中，控制模塊所形成的控制脈沖(即時(shí)序脈沖信號)的整體波形能夠?yàn)槿遣ɑ蛱菪尾?，相比于現(xiàn)有采用整體波形為方波的控制脈沖來說，不會導(dǎo)致因在上升沿或下降沿處的電平(電流或電壓)急劇轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的震動，從而使得步進(jìn)電機(jī)在目標(biāo)位置處的緩沖性能能夠得到極大的提升，從而大大提升餓了步進(jìn)電機(jī)定位的精確性。

另外，由于時(shí)序脈沖信號的上升沿和下降沿能夠均構(gòu)造成階梯形，這使得通過對上升沿和下降沿的控制，能夠大大提升步進(jìn)電機(jī)的定位精度。如，假定一個步進(jìn)電機(jī)的每400個脈沖旋轉(zhuǎn)一周，如果通過將任一控制波形的上升沿和下降沿的級數(shù)和設(shè)定位50，那么就能夠?qū)崿F(xiàn)20000次/周的細(xì)微化定位設(shè)定。

作為優(yōu)選，還包括D/A轉(zhuǎn)換模塊，D/A轉(zhuǎn)換模塊用于將時(shí)序脈沖信號由數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量并發(fā)送給功率控制模塊。

本發(fā)明的脈沖步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)中，由于上升沿或下降沿能夠是階梯波，因此上升沿或下降沿在每級(階梯波的每級)轉(zhuǎn)換之間會存在一個較明顯的電平(電流或電壓)變化，該電平(電流或電壓)變化會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動時(shí)存在一個微弱震動。通過將時(shí)序脈沖信號轉(zhuǎn)換為模擬量，即可使得功率控制模塊能夠接收到連續(xù)、平穩(wěn)的控制信號，從而較佳避免了該微弱震動，進(jìn)而大大提升了定位準(zhǔn)確性。

作為優(yōu)選，功率控制模塊用于依照時(shí)序脈沖信號對步進(jìn)電機(jī)繞組的電壓進(jìn)行控制。

作為優(yōu)選，功率控制模塊用于依照時(shí)序脈沖信號對步進(jìn)電機(jī)繞組的電流進(jìn)行控制。

本發(fā)明還提供了一種脈沖步進(jìn)電機(jī)的控制方法，其能夠克服現(xiàn)有技術(shù)的某種或某些缺陷。

根據(jù)本發(fā)明的脈沖步進(jìn)電機(jī)的控制方法，其按信號處理流程包括如下步驟：：

(1)通過一指令輸入模塊輸入運(yùn)行指令；

(2)通過一控制模塊將運(yùn)行指令轉(zhuǎn)換成整體波形為三角波或梯形波的時(shí)序脈沖信號，且使時(shí)序脈沖信號的上升沿和下降沿均為階梯波；

(3)通過一功率控制模塊按照時(shí)序脈沖信號，控制電源模塊按一定的方式對步進(jìn)電機(jī)的繞組進(jìn)行供電。

本發(fā)明的脈沖步進(jìn)電機(jī)的控制方法中，控制模塊所形成的控制脈沖(即時(shí)序脈沖信號)的整體波形能夠?yàn)槿遣ɑ蛱菪尾ǎ啾扔诂F(xiàn)有采用整體波形為方波的控制脈沖來說，不會導(dǎo)致因在上升沿或下降沿處的電平(電流或電壓)急劇轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的震動，從而使得步進(jìn)電機(jī)在目標(biāo)位置處的緩沖性能能夠得到極大的提升，從而大大提升餓了步進(jìn)電機(jī)定位的精確性。

另外，由于時(shí)序脈沖信號的上升沿和下降沿能夠均構(gòu)造成階梯形，這使得通過對上升沿和下降沿的控制，能夠大大提升步進(jìn)電機(jī)的定位精度。如，假定一個步進(jìn)電機(jī)的每400個脈沖旋轉(zhuǎn)一周，如果通過將任一控制波形的上升沿和下降沿的級數(shù)和設(shè)定位50，那么就能夠?qū)崿F(xiàn)20000次/周的細(xì)微化定位設(shè)定。

作為優(yōu)選，步驟(2)中，控制模塊包括數(shù)字電路或微處理器。從而便于時(shí)序脈沖信號的生成。

作為優(yōu)選，步驟(2)中，在時(shí)序脈沖信號產(chǎn)生后，還通過一D/A轉(zhuǎn)換模塊將時(shí)序脈沖信號由數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量。

本發(fā)明的脈沖步進(jìn)電機(jī)的控制方法中，由于上升沿或下降沿能夠是階梯波，因此上升沿或下降沿在每級(階梯波的每級)轉(zhuǎn)換之間會存在一個較明顯的電平(電流或電壓)變化，該電平(電流或電壓)變化會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動時(shí)存在一個微弱震動。通過將時(shí)序脈沖信號轉(zhuǎn)換為模擬量，即可使得功率控制模塊能夠接收到連續(xù)、平穩(wěn)的控制信號，從而較佳避免了該微弱震動，進(jìn)而大大提升了定位準(zhǔn)確性。

作為優(yōu)選，步驟(3)中，功率控制模塊控制電源模塊對步進(jìn)電機(jī)繞組的電流或電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。

作為優(yōu)選，步驟(2)中，在步進(jìn)電機(jī)與目標(biāo)停止位置間的偏差大、需要高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，使所述階梯波的級數(shù)較少；在步進(jìn)電機(jī)與目標(biāo)停止位置間的偏差較小、需要減速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，使所述階梯波的級數(shù)逐漸增加；在步進(jìn)電機(jī)與目標(biāo)停止位置間的偏差微小、即將停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，使所述階梯波的級數(shù)較多。通過該種設(shè)定，能夠大大提升步進(jìn)電機(jī)的定位準(zhǔn)確度。另外，此處所說的“級數(shù)較少”和“級數(shù)較多”為一相對概念，并不是對級數(shù)的數(shù)量進(jìn)行限定。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1中的一種脈沖步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)的示意圖；

圖2為現(xiàn)有脈沖步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)的時(shí)序圖；

圖3為實(shí)施例1中的一種脈沖步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)的時(shí)序圖；

圖4為圖3中對應(yīng)部分的放大示意圖；

圖5為圖3中任一單個時(shí)序脈沖信號的上升沿的示意圖；

圖6為實(shí)施例2中在步進(jìn)電機(jī)與目標(biāo)停止位置間的偏差大、需要高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的階梯波示意圖；

圖7為實(shí)施例2中在步進(jìn)電機(jī)與目標(biāo)停止位置間的偏差較小、需要減速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的階梯波示意圖；

圖8為實(shí)施例2中在步進(jìn)電機(jī)與目標(biāo)停止位置間的偏差微小、即將停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的階梯波示意圖。

具體實(shí)施方式

為進(jìn)一步了解本發(fā)明的內(nèi)容，結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解的是，實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明進(jìn)行解釋而并非限定。

實(shí)施例1

如圖1所示，本實(shí)施例提供了一種脈沖步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)，其包括：

指令輸入模塊，其用于輸入運(yùn)行指令；

控制模塊，其用于將運(yùn)行指令轉(zhuǎn)換成整體波形為三角波或梯形波的時(shí)序脈沖信號，且時(shí)序脈沖信號的上升沿和下降沿均構(gòu)造成階梯形；以及

功率控制模塊，其用于根據(jù)時(shí)序脈沖信號使電源模塊按一定的方式對步進(jìn)電機(jī)的繞組進(jìn)行供電。

本實(shí)施例中，控制模塊包括脈沖發(fā)生單元和脈沖分配單元，脈沖發(fā)生單元用于接收運(yùn)行指令并形成脈沖控制信號，脈沖分配單元用于將脈沖控制信號分配成用于對步進(jìn)電機(jī)的每個繞組進(jìn)行控制的時(shí)序脈沖信號。

本實(shí)施例中，還包括D/A轉(zhuǎn)換模塊，D/A轉(zhuǎn)換模塊用于將時(shí)序脈沖信號由數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量并發(fā)送給功率控制模塊。

本實(shí)施例中，功率控制模塊能夠?qū)?yīng)時(shí)序脈沖信號對步進(jìn)電機(jī)繞組的電壓或電流進(jìn)行控制。

為了較為直觀的描述本實(shí)施例中的控制系統(tǒng)，現(xiàn)以采用本實(shí)施例中的控制系統(tǒng)和現(xiàn)有控制系統(tǒng)對具有4個繞組(該4個繞組分別為A、B、C和D)的單極步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制為例，一一進(jìn)行說明。

現(xiàn)有脈沖步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)均采用方波脈沖信號對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，如圖2所示，為現(xiàn)有脈沖步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)的時(shí)序圖。由該時(shí)序圖可知，當(dāng)A、B、C、D依次處于高電平時(shí)，轉(zhuǎn)子依次與A、B、C、D對齊，從而實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動?？梢悦黠@的看出：1、轉(zhuǎn)子在任意相鄰繞組間的位置處不可能實(shí)現(xiàn)細(xì)致的精確的定位，即現(xiàn)有控制系統(tǒng)的定位精度不能夠突破因步進(jìn)電機(jī)固有結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的限制；2、任一繞組均是陡然得電和失電的，這就使得任一繞組對轉(zhuǎn)子的扭矩均是陡然產(chǎn)生或陡然消退，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子在脈沖切換間會存在震動，這就會嚴(yán)重導(dǎo)致步進(jìn)電機(jī)的定位準(zhǔn)確度降低。

如圖3所示，為本實(shí)施例中的控制系統(tǒng)的時(shí)序圖。結(jié)合圖4作具體分析，可知：在轉(zhuǎn)子在由A處轉(zhuǎn)動至B處時(shí)，B處是逐漸得電(通過時(shí)序脈沖信號控制B處的功率即可實(shí)現(xiàn))的，之后A處逐漸失電，從而使得A對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的扭矩逐漸降低，B對轉(zhuǎn)子的扭矩逐漸增加，從而使得轉(zhuǎn)子能夠較平穩(wěn)的由A處轉(zhuǎn)動至B處，從而較佳的提升了轉(zhuǎn)子運(yùn)行過程中的緩沖性能，大大降低了轉(zhuǎn)子的震動，從而大大提升了定位準(zhǔn)確度。另，圖4中表示步進(jìn)角。

如圖5所示，為任一單個時(shí)序脈沖信號上升沿的示意圖(下降沿類似)。結(jié)合圖4作具體分析，可知：在B中的功率(電壓或電流)從0逐漸升至最大時(shí)，轉(zhuǎn)子從A處轉(zhuǎn)動至A與B之間位置處；在A中的功率(電壓或電流)從最大逐漸降低至0時(shí)，轉(zhuǎn)子從A與B之間位置處轉(zhuǎn)動至B處；在此過程中，由于上升沿和下降沿均構(gòu)造成梯形波，而任一級梯形波均與轉(zhuǎn)子在A與B之間的某一位置一一對應(yīng)，從而通過對梯形波的控制，即可較佳的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子在A與B之間的位置處進(jìn)行定位，從而能夠較佳的突破步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)而對定位精度造成的限制，大大提升了任一步進(jìn)電機(jī)的定位精度。

實(shí)施例2

基于實(shí)施例1的控制系統(tǒng)，本實(shí)施例提供了一種脈沖步進(jìn)電機(jī)的控制方法，其按信號處理流程包括如下步驟：

(1)通過一指令輸入模塊輸入運(yùn)行指令；

(2)通過一控制模塊將運(yùn)行指令轉(zhuǎn)換成整體波形為三角波或梯形波的時(shí)序脈沖信號，且使時(shí)序脈沖信號的上升沿和下降沿均為階梯波；

(3)通過一功率控制模塊按照時(shí)序脈沖信號，控制電源模塊按一定的方式對步進(jìn)電機(jī)的繞組進(jìn)行供電。

本實(shí)施例中，步驟(2)中，控制模塊包括數(shù)字電路或微處理器。

本實(shí)施例中，步驟(2)中，在時(shí)序脈沖信號產(chǎn)生后，還通過一D/A轉(zhuǎn)換模塊將時(shí)序脈沖信號由數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量。

本實(shí)施例中，步驟(3)中，功率控制模塊控制電源模塊對步進(jìn)電機(jī)繞組的電流或電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。

本實(shí)施例中，步驟(2)中，如圖6所示，在步進(jìn)電機(jī)與目標(biāo)停止位置間的偏差大、需要高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，使所述階梯波的級數(shù)較少；如圖7所示，在步進(jìn)電機(jī)與目標(biāo)停止位置間的偏差較小、需要減速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，使所述階梯波的級數(shù)逐漸增加；如圖8所示，在步進(jìn)電機(jī)與目標(biāo)停止位置間的偏差微小、即將停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，使所述階梯波的級數(shù)較多。圖6、7和8僅給出了上升沿的示意圖，下降沿類似。

以上示意性的對本發(fā)明及其實(shí)施方式進(jìn)行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實(shí)施方式之一，實(shí)際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實(shí)施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。