本發(fā)明涉及一種電機驅(qū)動方法，特別涉及一種步進(jìn)電機極速驅(qū)動方法。

背景技術(shù)：

步進(jìn)電機的工作原理：步進(jìn)電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制電機件。電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的。步進(jìn)電機與驅(qū)動電路組成的開環(huán)系統(tǒng)，因其結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，步進(jìn)電機經(jīng)常被用于精確定位場合，保證電機不丟步至關(guān)重要。步進(jìn)電機正常工作時，每接收一個控制脈沖就移動一個步距角，若連續(xù)地輸入控制脈沖，電機就相應(yīng)的連續(xù)轉(zhuǎn)動，但當(dāng)控制器發(fā)出的脈沖頻率過高時，受步進(jìn)電機工作特性影響，將出現(xiàn)丟步現(xiàn)象，嚴(yán)重影響控制精度。急需一種新的控制方法能夠滿足步進(jìn)電機極速運動狀態(tài)下，保證所要發(fā)的指令脈沖數(shù)等于步進(jìn)電機所轉(zhuǎn)過的步距角數(shù)，達(dá)到電機的極速運行并保證精度，提高工業(yè)生產(chǎn)的控制效率和產(chǎn)品的精度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是針對步進(jìn)電機極速運動狀態(tài)下丟步的問題，提出了一種步進(jìn)電機極速驅(qū)動方法,保證 步進(jìn)電機極速運行狀態(tài)下快速響應(yīng)且不丟步。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種步進(jìn)電機極速驅(qū)動方法，將編碼器與步進(jìn)電機機械相連，且步進(jìn)電機和編碼器同步轉(zhuǎn)動，控制器每輸出一個脈沖給步進(jìn)驅(qū)動器，步進(jìn)驅(qū)動器驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動一個步距角；當(dāng)步進(jìn)電機轉(zhuǎn)過一個步距角，編碼器跟隨同步反饋一個或多個信號給控制器，控制器以此反饋信號作為觸發(fā)信號，輸出下一個脈沖控制驅(qū)動電機轉(zhuǎn)過下一個步距角。

所述步進(jìn)電機極速驅(qū)動方法，具體步驟如下：控制器根據(jù)所要發(fā)的指令脈沖數(shù)n，頻率f，向步進(jìn)驅(qū)動器發(fā)出第一個脈沖信號P1，步進(jìn)驅(qū)動器驅(qū)動步進(jìn)電機轉(zhuǎn)動一個步距角，編碼器與步進(jìn)電機同步轉(zhuǎn)動并向控制器反饋k個反饋信號，編碼器反饋信號通過高速輸入口反饋到控制器時，控制器內(nèi)部的計數(shù)器進(jìn)行加法運算處理，當(dāng)加到k個時，控制器向步進(jìn)驅(qū)動器發(fā)出下一個脈沖P2，如此周而復(fù)始，直到將指令脈沖數(shù)n發(fā)完。

所述控制器內(nèi)部的計數(shù)器進(jìn)行加法運算處理，具體如下：1個脈沖信號對應(yīng)k個編碼器反饋脈沖信號，i初始值為0，控制器每收到一個反饋信號，控制器內(nèi)部計數(shù)i=i+1/k，當(dāng)i>=1時，控制器發(fā)出一個脈沖信號，然后i-=1，即去掉i的整數(shù)部分，保留小數(shù)部分，小數(shù)部分將繼續(xù)累加用于下一次發(fā)脈沖計算中去。

所述步進(jìn)電機每轉(zhuǎn)過一圈需要的脈沖數(shù)M應(yīng)當(dāng)小于等于編碼器線數(shù)l與轉(zhuǎn)動比A的乘積，M為驅(qū)動器細(xì)分?jǐn)?shù)，即：M≤l*A，

當(dāng)滿足上述條件時，電機每轉(zhuǎn)過一圈所需要的脈沖數(shù)，小于等于編碼器編碼器轉(zhuǎn)動一圈反饋的信號數(shù)。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明步進(jìn)電機極速驅(qū)動方法，很好地解決了步進(jìn)電機高轉(zhuǎn)速時易丟步的問題，保證了控制精度，電機轉(zhuǎn)速控制范圍變大，響應(yīng)速度快，便于精確定位，在數(shù)控加工等鄰域可以得到廣泛的使用，加工精度得到有效提高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明步進(jìn)電機極速驅(qū)動方法流程圖；

圖2為本發(fā)明控制器發(fā)出的脈沖信號與編碼器反饋信號的時序圖。

具體實施方式

由于步進(jìn)電機的自身特性，決定了其在高速運動狀態(tài)下會出現(xiàn)丟失脈沖現(xiàn)象，有時甚至出現(xiàn)頻率過高使得電機出現(xiàn)堵死現(xiàn)象。將增量式編碼器和步進(jìn)電機通過機械結(jié)構(gòu)相連，并保證步進(jìn)電機和編碼器同步轉(zhuǎn)動。當(dāng)電機轉(zhuǎn)過一個步距角，編碼器相應(yīng)的跟隨同步會反饋一個或多個信號給控制器，控制器以此反饋信號作為觸發(fā)信號，控制驅(qū)動電機轉(zhuǎn)過下一個步距角。以編碼器反饋信號作為步進(jìn)驅(qū)動器發(fā)脈沖的信號，形成閉合控制，防止丟失脈沖。由于編碼器反饋信號速度快，所以電機轉(zhuǎn)過一個步距角之后，幾乎同時將收到若干個編碼器反饋信號，從而驅(qū)動下一個步距角。

一種步進(jìn)電機驅(qū)動方法，其具體實現(xiàn)方法如下：

如圖1所示步進(jìn)電機極速驅(qū)動方法流程圖，控制器根據(jù)所要發(fā)的指令脈沖數(shù)n，頻率f，向步進(jìn)驅(qū)動器發(fā)出第一個脈沖信號p1，驅(qū)動器驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動一個步距角，與電機同步轉(zhuǎn)動的編碼器轉(zhuǎn)過一定角度并向控制器反饋k個反饋信號，反饋信號的個數(shù)k與編碼器的線數(shù)和電機與編碼器的轉(zhuǎn)動比有關(guān)。編碼器的線數(shù)越大，電機與編碼器的轉(zhuǎn)動比越高，意味著電機每轉(zhuǎn)過一個步距角，編碼器的反饋信號數(shù)k越多。每當(dāng)編碼器反饋信號通過高速輸入口反饋到控制器時，控制器內(nèi)部的計數(shù)器進(jìn)行加法運算，當(dāng)加到k個時，控制器向驅(qū)動器發(fā)出下一個脈沖。如此周而復(fù)始，直到將指令脈沖數(shù)n發(fā)完。

1個脈沖信號對應(yīng)k個編碼器反饋脈沖信號，如果k不是整數(shù)時，需要做累加運算。i初始值為0，控制器每收到一個反饋信號時，控制器內(nèi)部計數(shù)i+=（i=i+1/k），當(dāng)i>=1時，控制器發(fā)出一個脈沖信號，然后i-=1（當(dāng)i>=1時，去掉i的整數(shù)部分，保留小數(shù)部分，小數(shù)部分將計入下一次脈沖計算中去，如，假設(shè)當(dāng)前i=0.8,k=4,用公式i=i+1/k計算，i=0.8+0.25=1.05,此時i需要減一，并發(fā)出一個脈沖，i=i-1=0.05，此小數(shù)部分0.05將進(jìn)入下一個脈沖計數(shù)，i+=1/k,即，i=0.05+0.25=0.3，直到再次達(dá)到i>=1的條件時，發(fā)出一個脈沖并對i作減一處理），i剩下的小數(shù)部分繼續(xù)累加用于下次發(fā)脈沖信號。

控制器向驅(qū)動器發(fā)出一個脈沖信號，驅(qū)動器驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動一個步距角，與電機同步轉(zhuǎn)動的編碼器轉(zhuǎn)過一定角度并向控制器反饋k個反饋信號，為了方便理解，取K=1。如圖2所示控制器發(fā)出的脈沖信號與編碼器反饋信號的時序圖，由控制器根據(jù)頻率的要求發(fā)出一個相應(yīng)脈寬的脈沖p1給驅(qū)動器，驅(qū)動器驅(qū)動電機轉(zhuǎn)過一個步距角，并通過機械傳動，使得編碼器轉(zhuǎn)過一定角度，經(jīng)過△t后，編碼器反饋回控制器一個信號?？刂破魇盏椒答佇盘柡罅⒓聪蝌?qū)動器發(fā)出第二個脈沖信號p2，以此類推。△t：控制器前一次發(fā)出的脈沖結(jié)束與編碼器反饋回控制器信號的時間間隔，編碼器的反饋信號是給到控制器的高速輸入信號端口作中斷處理，所以響應(yīng)時間△t極短，幾乎可以忽略不計，不會影響高頻率脈沖信號的發(fā)出。

控制器用于接收并處理編碼器反饋信號且能夠發(fā)出脈沖信號，可以是PLC、單片機、基于ARM芯片的控制器等?？刂破鲬?yīng)具備高速脈沖輸入中斷接口，當(dāng)編碼器反饋信號反饋回控制器時，控制器應(yīng)當(dāng)優(yōu)先處理反饋信號，完成快速響應(yīng)。控制器應(yīng)具備高速脈沖輸出口，當(dāng)處理完反饋信號后，通過程序運算，如果已到達(dá)脈沖發(fā)送時刻，應(yīng)立即向驅(qū)動器發(fā)出一個脈沖信號。

步進(jìn)電機的細(xì)分?jǐn)?shù)，即電機每轉(zhuǎn)過一圈需要的脈沖數(shù)M(M為驅(qū)動器細(xì)分?jǐn)?shù))應(yīng)當(dāng)小于等于編碼器線數(shù)l與轉(zhuǎn)動比A的乘積，即：

M≤l*A

當(dāng)滿足上述條件時，電機每轉(zhuǎn)過一圈所需要的脈沖數(shù)，小于等于編碼器編碼器轉(zhuǎn)動一圈反饋的信號數(shù)。這樣做的目的不僅是編寫程序簡單，且保證驅(qū)動器每收到的一個脈沖信號均是由控制器對一個或多個編碼器反饋信號做出響應(yīng)后發(fā)出。

通常編碼器的選型根據(jù)控制要求對線數(shù)進(jìn)行選型，一般編碼器的線數(shù)越高，反饋回驅(qū)動器的反饋信號數(shù)越多。以轉(zhuǎn)動比為A舉例，電機轉(zhuǎn)動一圈，編碼器轉(zhuǎn)動A圈，驅(qū)動器需要發(fā)出M個脈沖，為了滿足控制要求，使驅(qū)動器可以有更大范圍的細(xì)分?jǐn)?shù)調(diào)節(jié)范圍，通常要求編碼器線數(shù)應(yīng)盡量大一些，或者通過改變傳動比，使A變大也可達(dá)到目的。編碼器線數(shù)的增大，使得反饋回控制器的反饋信號數(shù)增多，但是不能超過控制器的高速中斷輸入的響應(yīng)能力，通常不超過50K均可滿足要求，編碼器選型一般2000線即可。