CN103399515A - 一种点位运动控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种点位运动控制器，属于运动控制领域。本点位运动控制器结构简单、成本低、体积小，以微处理器为核心，提出点位运动控制器设计结构，通过精确控制发送的脉冲数可以实现开环运动控制；设计了增量式正交编码器接口模块，可以连接磁栅、光栅或旋转编码器，精确的反馈由电机驱动的机械结构的位置，从而实现闭环控制；设计了限位接口模块，对机械结构进行有效保护；设计了CAN总线接口模块和RS485总线接口模块，可以方便地组成多轴位移系统。

Description

一种点位运动控制器

技术领域

本发明涉及一种点位运动控制器，属于运动控制领域。

背景技术

运动控制技术是在电机驱动技术的基础上，随着科学技术的发展而形成的一门综合性多学科的交叉技术。运动控制器就是通过对由电机驱动的执行机构等设备进行运动控制，以实现预订运动轨迹目标的装置。国内外已经有多种商品化的运动控制器。

但是这些通用运动控制器结构复杂，开放程度低，扩展性差。用户必须使用运动控制器厂商提供的标准功能进行设计和二次开发，造成用户严重依赖厂商，并且难以扩展用户特殊需求的功能。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种对伺服或步进电机作精确位置定位的、低成本、高集成度的点位运动控制器。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种点位运动控制器，包括微处理器1、增量式正交编码器接口模块2、步进/伺服运动控制接口模块3、限位接口模块4、CAN总线接口模块5和RS485总线接口模块6；

所述的微处理器1采用集成了正交编码器接口微处理器，具有丰富的增强I/O端口和外设；微处理器1包括正交编码计数器、定时器PWM脉冲、计数器脉冲计数、运动方向GPIO和限位GPIO；

微处理器1通过CAN总线接口模块5或RS485总线接口模块6接收外围设备的控制命令，根据当前的限位接口模块4反映的限位状态和增量式正交编码器接口模块2读出的当前位置；

如果限位接口模块4反映的为限位状态，则外围设备的电机不运转；

如果限位接口模块4反映的为不限位状态，且增量式正交编码器接口模块2读出的当前位置与目标位置的差值大于控制阈值，则通过步进/伺服运动控制接口模块3控制外围设备的电机进行正转或反转；

如果限位接口模块4反映的为不限位状态，且增量式正交编码器接口模块2读出的当前位置与目标位置的差值小于等于控制阈值，则外围设备的电机不运转；

外围设备的电机的单脉冲控制方式和双脉冲控制方式通过脉冲方式选择进行控制。

在电机控制类应用中,通常使用磁栅、光栅和旋转编码器来反馈由电机驱动的机械结构的位置。磁栅、光栅和旋转编码器都是典型的增量式正交编码器，它们产生两个方波信号A和B，它们相差90°，其符号由转动方向决定。为了提高抗干扰能力，磁栅、光栅和旋转编码器的AB相输出信号都是差分信号。本发明采用差分电平转换芯片对差分信号进行转换后与微处理器相连。

步进/伺服运动控制模块的控制信号主要有两组：

（1）+CW和-CW（+PLS和-PLS）；

（2）+CCW和-CCW（+DIR和-DIR）。

步进/伺服电机驱动器有两种工作方式：

（1）双脉冲输入方式；

（2）单脉冲输入方式。

用微处理器的定时器工作于PWM方式来产生脉冲，用微处理器的IO来产生方向控制信号，用拨码开关来产生单脉冲输入方式/双脉冲输入方式选择信号。用微处理器的定时器工作于计数器方式来对脉冲进行精确计数。

伺服电机加减速控制的主要目的是在一个行程的开始和结束时为了防止机械结构的惯性冲击和电机本身的电流变化过快而引入的一个控制过程，特别是较大负载的系统必须具有合理的加减速控制。步进电机的加减速控制是因为步进电机的启动频率比运行频率低得多，所以也必须有加减速控制，否则，只能够运行在很低的速度。

用微处理器实现电机的加/减速控制，控制发脉冲的频率，升速时，使脉冲频率增高，减速时相反。如果使用定时中断来控制电机的速度，加减速控制就是不断改变定时器的周期和初值。为了缩短速度转换的时间，可以采用建立数据表的方法。结合加减速曲线各段的频率建立一个连续的数据表，并通过转换程序将其转换为定时的周期和初值，转换计算是在定时中断外实现的，不占用中断时间，可以保证电机的高速运行。

限位接口模块用来对机械结构进行保护，避免控制器误动作对机械系统造成损坏。本发明的运动控制器可以连接机械式限位开关或光电式限位开关。

本发明扩展了CAN总线和RS485总线接口模块，并实现了相应的通信协议，可以方便地组成多轴位移系统，其中RS485总线接口模块用来与PC机进行通信，CAN总线接口模块则主要用来与专用控制器（如手持控制器等）进行通信。

本点位运动控制器实现了以下三类通信命令：

1)运动控制命令：包括到目标位置(开环/闭环)和停止命令；

2)运动参数设置命令：包括运动速度设置和机电参数设置命令；

3)数据读取命令：包括读取当前位置，读取当前运动状态和读取运动速度命令。

有益效果

本点位运动控制器结构简单、成本低、体积小，以微处理器为核心，提出点位运动控制器设计结构，通过精确控制发送的脉冲数可以实现开环运动控制；设计了增量式正交编码器接口模块，可以连接磁栅、光栅或旋转编码器，精确的反馈由电机驱动的机械结构的位置，从而实现闭环控制；设计了限位接口模块，对机械结构进行有效保护；设计了CAN总线接口模块和RS485总线接口模块，可以方便地组成多轴位移系统。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

该运动控制器包括微处理器1、增量式正交编码器接口模块2、步进/伺服运动控制接口模块3、限位接口模块4、CAN总线接口模块5和RS485总线接口模块6；

微处理器1通过CAN总线接口模块5或RS485总线接口模块6接收外围设备的控制命令，限位接口模块4反映外围设备电机的轴的限位状态；增量式正交编码器接口模块2读出外围设备电机的轴的当前位置；

如果限位接口模块4反映的外围设备电机的轴为限位状态，则微处理器1控制外围设备的电机不运转；

如果限位接口模块4反映的外围设备电机的轴为不限位状态，且增量式正交编码器接口模块2读出的外围设备电机的轴的当前位置与目标位置的差值大于控制阈值，则通过步进/伺服运动控制接口模块3控制外围设备的电机进行正转或反转；

如果限位接口模块4反映的外围设备电机的轴为不限位状态，且增量式正交编码器接口模块2读出的外围设备电机的轴的当前位置与目标位置的差值小于等于控制阈值，则外围设备的电机不运转；外围设备的电机的单脉冲控制方式和双脉冲控制方式通过脉冲方式选择进行控制。

实施例

一种点位运动控制器如图1所示，由微处理器1、增量式正交编码器接口模块2、步进/伺服运动控制接口模块3、限位接口模块4、CAN总线接口模块5和RS485总线接口模块6组成。

该点位运动控制器通过CAN总线接口与专用控制器通信，通过RS485总线接口与PC机通信，运动控制器接收专用控制器和（或）PC机的命令，并向专用控制器和（或）PC机返回轴的位置信息。

编码器接口模块可以连接磁栅、光栅或旋转编码器反馈轴的精确位置，用来构成闭环控制器系统。如果采用开环控制，可以不接磁栅、光栅或旋转编码器。

步进/伺服运动控制接口模块使用逻辑芯片配合微处理器的GPIO口线（运动方向）和定时器PWM脉冲、脉冲方式选择拨码开关、限位信号和电平转换芯片产生步进/伺服运动控制信号，同时用微处理器的计数器对发出的脉冲进行精确计数。采用建立数据表的方法，实现电机的加/减速控制。

限位接口模块连接机械式限位开关或光电式限位开关，并用限位信号来控制步进/伺服运动控制信号，从硬件上对机械结构进行限位保护，同时微处理器从GPIO引脚上读取限位信号，从软件上进行限位保护。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (2)

1.一种点位运动控制器，其特征在于：该运动控制器包括微处理器（1）、增量式正交编码器接口模块（2）、步进/伺服运动控制接口模块（3）、限位接口模块（4）、CAN总线接口模块（5）和RS485总线接口模块（6）；

微处理器（1）通过CAN总线接口模块（5）或RS485总线接口模块（6）接收外围设备的控制命令，限位接口模块（4）反映外围设备电机的轴的限位状态；增量式正交编码器接口模块（2）读出外围设备电机的轴的当前位置；

如果限位接口模块（4）反映的外围设备电机的轴为限位状态，则微处理器（1）控制外围设备的电机不运转；

如果限位接口模块（4）反映的外围设备电机的轴为不限位状态，且增量式正交编码器接口模块（2）读出的外围设备电机的轴的当前位置与目标位置的差值大于控制阈值，则通过步进/伺服运动控制接口模块（3）控制外围设备的电机进行正转或反转；

如果限位接口模块（4）反映的外围设备电机的轴为不限位状态，且增量式正交编码器接口模块（2）读出的外围设备电机的轴的当前位置与目标位置的差值小于等于控制阈值，则外围设备的电机不运转；外围设备的电机的单脉冲控制方式和双脉冲控制方式通过脉冲方式选择进行控制。

2.根据权利要求1所述的一种点位运动控制器，其特征在于：微处理器（1）包括正交编码计数器、定时器PWM脉冲、计数器脉冲计数、运动方向GPIO和限位GPIO。

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