步進電機全閉環(huán)控制系統(tǒng)問題探究

        步進電機因體積精巧、價格低廉、運行穩(wěn)定等優(yōu)點在各大行業(yè)中得到廣泛應用。雖然步進電機已被廣泛地應用，但是步進電機運動控制實現(xiàn)全閉環(huán)控制仍是工控行業(yè)的一大難題。

        問題主要體現(xiàn)是原點的不確定性和失步現(xiàn)象。目前，采用高速光電開關(guān)作為步進系統(tǒng)的原點，這個誤差在毫米級，所以在精確控制領(lǐng)域，是不能接受的。另外，為 了提高運行精度，步進電機系統(tǒng)的驅(qū)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(jīng)不能適應加工領(lǐng)域。

        為此，東莞電機提出步進電機全閉環(huán)控制系統(tǒng)，以適應目前運動控制領(lǐng)域的需求。 

1、硬件連接

        硬件連接加裝編碼器，根據(jù)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(jù)編碼器的Z信號，識別、計算坐標原點，同數(shù)控系統(tǒng)相同，精度可以達到2/編碼器解析度×4。

3、失步控制

        根據(jù)編碼器的反饋數(shù)據(jù)，實時調(diào)整輸出脈沖，根據(jù)失步調(diào)整程度，采取相應辦法。

4、電路原理描述

        電路采用超大規(guī)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(guān)電源，將24V轉(zhuǎn)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(guān)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(guān)后，降低輸出脈沖頻率，根據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，假如出現(xiàn)誤差，及時修正。另外，大慣量運行時，加減速設(shè)置不合理的情況下，可能會及時反向修正。

6、技術(shù)指標

        輸入輸出相應頻率：≤1M;

        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)

        重定位電氣精度： ≥2/編碼器解析度×4/馬達解析度×細分)

        重定位原點電氣精度≥2/編碼器解析度×4/馬達解析度×細分)

        適應PNP,NPN接口

        適應伺服脈沖控制

        適應各種編碼其接口

        步進電機運動控制一旦解決東莞電機上述問題，增加數(shù)百元成本的情況下可以實現(xiàn)全閉環(huán)控制，毫不遜色于伺服電機系統(tǒng)。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(yōu)于伺服系統(tǒng)。