CN103259471B - 基于平滑自适应的步进电机驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于平滑自适应的步进电机驱动方法，包括以下步骤：1)位置发生器根据设定信息输出脉冲信号；2)信号接收处理模块定时采集与跟踪输入脉冲信号，根据输入的脉冲信号数量和给定的定时时间，计算电机的给定角速度和加速度；3)平滑自适应控制模块根据电机的给定角速度和加速度以及当前位置信息，通过平滑自适应算法计算出电机下一时刻位置信息，并对新产生位置信息滤波；然后转化成功率放大器所需信号发送给功率放大器；4)功率放大器对接收到的信号进行功率放大，并输出给步进电机；5)步进电机执行运动轨迹。与现有技术相比，本发明在不改变用户驱动控制器脉冲输入的条件下，能够智能、自适应计算步进电机目标运行轨迹等优点。

Description

基于平滑自适应的步进电机驱动方法

技术领域

本发明涉及一种步进电机驱动技术，尤其是涉及一种基于平滑自适应的步进电机驱动方法。

背景技术

步进电机是一种将脉冲信号转化成相应的机械角位移或者线位移的装置。当前，在很多工业控制场合，为了提高控制信号的抗干扰性，和节约成本等方面的考虑，均采用低细分甚至整步控制，使得步进电机运行不够平滑，从而导致在很多平稳性要求高的应用场合不能使用。

虽然，目前市面上通用的驱动器为了能够减小低速脉动，得到平滑、平稳的运动性能，采用了细分技术，有效地改善了电机运行的振动，尤其是低速运动的脉动。但随着细分分频的引入，对控制器的脉冲发生频率也成倍的提高，也就意味着对控制器的性能要求也相应的提高，增加了成本。另外，随着控制脉冲频率的提高，系统更加容易受到干扰，大大增加了对控制器和驱动器硬件抗干扰设计的门槛，更有甚者，高频的引入，也会干扰其它的设备和系统，造成致命问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种在不改变用户驱动控制器脉冲输入的条件下，能够智能、自适应计算步进电机目标运行轨迹的基于平滑自适应的步进电机驱动方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于平滑自适应的步进电机驱动方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)位置发生器根据设定信息，输出脉冲信号；

2)信号接收处理模块定时采集与跟踪输入脉冲信号，根据输入的脉冲信号数量和给定的定时时间，计算电机的给定角速度和加速度；

3)平滑自适应控制模块根据电机的给定角速度和加速度以及当前位置信息，通过平滑自适应算法计算出电机下一时刻位置信息，并对新产生位置信息滤波；然后，转化成功率放大器所需信号，发送给功率放大器；

4)功率放大器对接收到的信号进行功率放大，并输出给步进电机；

5)步进电机执行运动轨迹。

所述的信号接收处理模块定时采集与跟踪输入脉冲信号，根据输入的脉冲信号数量和给定的定时时间，计算电机的给定角速度ω和加速度具体为：

$\mathrm{\ω}\left(k\right)=\left[\frac{D}{4*\mathrm{Nr}*\mathrm{Xn}*T_{\mathrm{const}}}\right]$

ω(k)    -第k时刻的角速度

D        -脉冲信号数量

Nr       -步进电机级数

Xn       -细分

T_const   -定时时间

$\mathrm{\α}\left(k\right)=\frac{\mathrm{\ω}\left(k\right)-\mathrm{\ω}(k-1)}{T_{\mathrm{const}}}$

α(k)         -第K时刻的加速度

ω(k)，ω(k-1)-第K，K-1时刻的角速度

T_const       -定时时间。

所述的平滑自适应控制模块根据电机的给定速度和加速度以及当前位置信息，通过平滑自适应算法计算出电机下一时刻位置信息具体为：

θ(k+1)＝θ(K)+ω(k)*T_const

θ(k+1)  -第K+1时刻的机械角度

θ(k)    -第K时刻的机械角度

ω(k)    -第K时刻的角速度

T_const   -定时时间。

所述的平滑自适应控制模块对新产生位置信息滤波具体为：

对新产生的位置信息进行两级低通滤波处理。

与现有技术相比，本发明在同样的低细分(例：4细分)输入下，采用平滑自适应驱动技术，使电机运行的更加平稳、平滑，消除低细分下电机运行时的振动，取得高细分运行的效果，且用户可以根据实际的应用，自行任意配制平滑等级。基于此平滑自适应驱动技术，用户可以用低成本的控制器，低频率的控制信号，得到高性能的电机控制效果，并且抗干扰能力强，系统稳定、可靠。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明的工作流程图；

图3为未加载平滑自适应驱动技术算法的电机运行相电流波形图；

图4为加载平滑自适应驱动技术后，平滑等级低时的电机运行相电流波形图；

图5为加载平滑自适应驱动技术后，平滑等级中时的电机运行相电流波形图；

图6为加载平滑自适应驱动技术后，平滑等级高时的电机运行相电流波形图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，该驱动方法的实现装置包括依次连接的位置发生器1、信号接收处理模块2、平滑自适应控制模块3、功率放大器4和步进电机5，所述的信号接收处理模块2上设置有定时器。

如图2所示，本发明驱动方法包括以下步骤：

1)位置发生器根据系统应用，输出脉冲信号；

2)信号接收处理模块定时采集、跟踪输入脉冲信号，根据输入的脉冲信号数量和给定的定时时间，计算电机的给定速度和加速度；

3)平滑自适应控制模块根据电机的给定速度和加速度以及当前位置信息，通过平滑自适应算法计算出电机下一时刻位置信息，并对新产生位置信息滤波；然后，转化成功率放大器所需信号，发送给功率放大器；

4)功率放大器对接收到的信号进行功率放大，并输出给步进电机；

5)步进电机执行运动轨迹。

根据上述实验方案，用20KHz频率跟踪采集输入信号并更新新的运动轨迹，实验结果如图3、图4、图5、图6所示。比较图3、图4，在引入平滑自适应驱动技术后，步进电机运行较引入前运行变得平滑，随着平滑等级的提高，电机运行更为平滑，如图5、图6所示。根据理论和实验验证结果，在同样的低细分(例：4细分)输入下，采用平滑自适应驱动技术，可以使电机运行的更加平稳、平滑，消除低细分下电机运行时的振动，取得高细分运行的效果。

Claims (3)

1.一种基于平滑自适应的步进电机驱动方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)位置发生器根据设定信息,输出脉冲信号；

2)信号接收处理模块定时采集与跟踪输入脉冲信号，根据输入的脉冲信号数量和给定的定时时间，计算电机的给定角速度和加速度；

3)平滑自适应控制模块根据电机的给定角速度和加速度以及当前位置信息，通过平滑自适应算法计算出电机下一时刻位置信息，并对新产生位置信息滤波；然后，转化成功率放大器所需信号，发送给功率放大器；

4)功率放大器对接收到的信号进行功率放大，并输出给步进电机；

5)步进电机执行运动轨迹；

所述的信号接收处理模块定时采集与跟踪输入脉冲信号，根据输入的脉冲信号数量和给定的定时时间，计算电机的给定角速度ω和加速度具体为：

$\mathrm{\ω}\left(k\right)=\left[\frac{D}{4*\mathrm{Nr}*\mathrm{Xn}*T_{\mathrm{const}}}\right]$

ω(k)-第k时刻的角速度

D-脉冲信号数量

Nr-步进电机级数

Xn-细分

T_const-定时时间

$\mathrm{\α}\left(k\right)=\frac{\mathrm{\ω}\left(k\right)-\mathrm{\ω}(k-1)}{T_{\mathrm{const}}}$

α(k)-第K时刻的加速度

ω(k),ω(k-1)-第K,K-1时刻的角速度

T_const-定时时间。

2.根据权利要求1所述的一种基于平滑自适应的步进电机驱动方法，其特征在于，所述的平滑自适应控制模块根据电机的给定速度和加速度以及当前位置信息，通过平滑自适应算法计算出电机下一时刻位置信息具体为：

θ(k+1)＝θ(K)+ω(k)*T_const

θ(k+1)-第K+1时刻的机械角度

θ(k)-第K时刻的机械角度

ω(k)-第K时刻的角速度

T_const-定时时间。

3.根据权利要求2所述的一种基于平滑自适应的步进电机驱动方法，其特征在于，所述的平滑自适应控制模块对新产生位置信息滤波具体为：

对新产生的位置信息进行两级低通滤波处理。