CN105915132A - 一种磁闭环步进电机控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁闭环步进电机控制器，包括步进电机转轴，步进电机定子绕组，薄片永磁体，磁传感器，单片机控制器，基于磁传感器探测磁场的方向的方式来获取转子的位置信息，单片机控制器根据用户指令及位置信息产生PWM并通过电机驱动电路产生电流驱动步进电机定子绕组，使电机工作在用户要求的速度或者位置上。本发明的磁闭环步进电机控制器优势在于，体积比光电传感器要小得多，位置信息更加精确，无论低速还是高速运行都不会丢失位置信息，并且接口通用简单，易于实现，电路及软件算法的复杂度低，具有良好的应用价值及前景。
Description
技术领域
本发明属于步进电机闭环控制技术领域，涉及一种 磁闭环步进电机控制器。
背景技术
步进电机是机电一体化产品中的关键元件之一，是一种性能良好的数字化执行元件。它能够将电的脉冲信号转换成相应的角位移，是一种离散型自动化执行元件，且没有累计误差。一般在中低速转动时具有良好的开环控制效果。然而随着转速的提高，扭矩的减小呈现非线性快速衰退的情形，此时步进电机极易发生失步导致运动部件的位置异常，为了解决这个问题，高速步进电机控制器一般都有闭环检测系统。
目前市场上的步进电机闭环系统采用的方案大致有三种，光电编码器检测，反向电动势检测，相电流检测。三种检测方式都有比较明显的缺点，第一种增加了电机的体积并且安装复杂，第二种在低速时反向电动势电压太低几乎无法检测，第三种在只能在某一段速度范围内检测，基本只能用于速度控制。因此，针对这些问题开发了基于磁场检测位置的高速步进电机驱动器。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的基于磁场检测手段来获取步进电机位置并进行高速驱动控制的控制器，克服了目前各种闭环控制器的缺点。
本发明所采用的技术方案是：一种磁闭环步进电机控制器，包括步进电机转轴，步进电机定子绕组，所述步进电机转轴与所述步进电机定子绕组固定连接；包括：所述步进电机转轴上固定连接有薄片永磁体，所述薄片永磁体用于产生固定磁场；所述薄片永磁体靠近安装有磁传感器；所述磁传感器用于探测所述薄片永磁体的磁场方向的变化并将变化值经过处理发给单片机控制器；
所述磁传感器与单片机控制器通过差分编码接口连接，所述单片机控制器用于接收用户指令，完成位置采集以及电机的加减速控制算法；所述单片机控制器与电机驱动电路连接，所述电机驱动电路与所述步进电机定子绕组相连。
进一步地，所述薄片永磁体为圆形。
进一步地，所述电机驱动电路的驱动信号为PWM。
进一步地，所述薄片永磁体与所述磁传感器的安装距离为3-10mm。
本发明的有益效果是：基于磁闭环的方式进行步进电机的位置速度控制，体积比光电传感器要小得多，位置信息更加精确（每圈可精细到1600个细分角度），无论低速还是高速运行都不会丢失位置信息，并且接口通用简单，易于实现，电路及软件算法的复杂度比反向电动势及相电流获取位置信息的方式低得多，同光电编码器的复杂度相同。具有良好的应用价值及前景。
附图说明
图1是本发明提供的一种磁闭环步进电机控制器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，是本发明提供的一种磁闭环步进电机控制器，包括步进电机转轴1，步进电机定子绕组2，薄片永磁体3，磁传感器4，单片机控制器5，电机驱动电路6。薄片永磁体3与步进电机转轴1固定在一起，薄片永磁体3与磁传感器4靠近安装，磁传感器4与单片机控制器5通过差分编码接口连接，单片机控制器5与电机驱动电路6连接，驱动信号为PWM（脉冲宽度编码），电机驱动电路6与步进电机定子绕组2相连，单片机运行程序，接收用户指令，完成位置采集以及电机的加减速控制算法。
本发明的装置工作原理是，薄片永磁体3产生由N极到S极的恒定磁场，并固定于步进电机转轴1 上，磁传感器4靠近薄片永磁体3安装，当步进电机转轴1运动时，薄片永磁体3产生的磁场方向会跟着旋转，磁传感器4会探测到磁场方向的变化并将变化值经过处理通过数字差分编码接口发给单片机控制器5，单片机控制器5接收到位置信息后会根据但前的位置以及用户指令位置，或者根据当前速度以及用户指令速度来控制PWM输出的频率，PWM信号驱动电机驱动电路6转化为相电流信号给步进电机定子绕组2，产生扭矩控制电机转动到用户想要的位置或者转速。
具体的说，所述电机转轴1与薄片永磁体3固定在一起，薄片永磁体3产生恒定磁场，磁传感器4探测此恒定磁场的方向即位置信息，单片机控制器5根据用户指令及位置信息产生PWM，电机驱动电路6产生恒电流驱动步进电机定子绕组2控制电机转动，使电机工作在用户要求的速度或者位置上。
特别的说，整个系统基于对薄片永磁体3磁场方向的探测完成电机的位置信息反馈，以此为依据产生控制时序。
本发明通过将一薄片圆形永磁铁固定于步进电机的转轴，利用磁传感器检测永磁铁磁力线方向的方法来确定电机转轴的精确位置，永磁铁会产生垂直于电机转轴的磁力线，方向从N到S，传感器利用霍尔效应分别在X，Y轴上检测对应的磁场大小并进行相应的补偿后计算出精确的角度信息再通过数字的方式将位置信息传递给单片机控制器，单片机控制器根据当前的位置以及目标位置或者根据当前的速度以及目标速度结合控制算法给出电机的控制信号完成闭环控制。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）或随机存储记忆体（Random Access Memory，RAM）等。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种磁闭环步进电机控制器，包括步进电机转轴（1），步进电机定子绕组（2)，所述步进电机转轴（1）与所述步进电机定子绕组（2)固定连接；其特征在于，包括：所述步进电机转轴（1）上固定连接有薄片永磁体（3），所述薄片永磁体（3）用于产生固定磁场；所述薄片永磁体（3）靠近安装有磁传感器（4）；所述磁传感器（4）用于探测所述薄片永磁体（3）的磁场方向的变化并将变化值经过处理发给单片机控制器（5）；
所述磁传感器（4）与单片机控制器（5）通过差分编码接口连接，所述单片机控制器（5）用于接收用户指令，完成位置采集以及电机的加减速控制算法；所述单片机控制器（5）与电机驱动电路（6）连接，所述电机驱动电路（6）与所述步进电机定子绕组（2）相连。
2.如权利要求1所述的一种磁闭环步进电机控制器，其特征在于， 所述薄片永磁体（3）为圆形。
3. 如权利要求1所述的一种磁闭环步进电机控制器，其特征在于，所述电机驱动电路（6）的驱动信号为PWM。
4.如权利要求1所述的一种磁闭环步进电机控制器，其特征在于，所述薄片永磁体（3）与所述磁传感器（4）的安装距离为3-10mm。
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