CN110868118A - 一种医用多轴步进电机同步方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种医用多轴步进电机同步方法。提出基于等差数列公式的增量单位时间脉冲的方法来进行同步，避免了步进电机只有从零速度启动到相同速度的多余时间，使得多轴电机在同步的过程中速度时间曲线更加平滑，达到更加稳定的效果，使医疗检验和科研的实验结果更加精确。
Description
技术领域
本发明涉及医用运动控制领域，尤其是多个步进电机同步的方法。
背景技术
医学检验和科研方面，自动化的要求越来越高。很多医疗器械需要做多个复杂的运动，来达到自动化，减少人的参与，解放劳动力。而多轴步进电机的使用，使得自动化得以实现。而多轴电机的并行控制，使它的控制具有特殊性。考虑成本和控制的简便性，目前FPGA作为主控芯片的主控方式逐渐增多，而光电编码器作为反馈器件。因为医疗检验应用场景的不同，如摇匀，静置等的要求的时间和运动控制不同，对多个步进电机有同时相同速度和不同速度的需求。为了达到某一效果，如对比实验，为了不同操作后开始进行同时摇匀的实验，同一时间使不同速度的步进电机，开始趋于相同速度运动。如何使不同速度的步进电机平稳趋于同一速度的运动成了实验结果的准确性的关键所在。不同步进电机在不同速度的条件下进行速度同步，是医学检验和科研结果是否精确的重要条件。而目前不少医疗器械采用的是多个步进电机同时静止，再同时使用相同频率再出发。这样虽然也可以做到对比实验，不过这样增加了抖动的可能。因为步进电机在初速度为零的时候到有初速度时，有负载的原因，抖动较大。从而达不到实验的预期效果。
发明内容
为了克服现有技术的多轴步进电机同步问题，本发明提出了一种医用多轴步进电机同步方法。
一种医用多轴步进电机同步方法，是基于FPGA控制多轴步进电机，它包括FPGA主控芯片和多个步进电机。本发明系统结构示意图如图1，算法流程如下，控制多个步进电机进行某一速度的同步包括以下步骤：
S1.首先比较所有步进电机的与将要同步的电机的单位时间内脉冲数量。
S2.得到每个步进电机单位时间内脉冲数量的差值。
S3.使用等差数列的公式推导，得到每个将要同步的步进电机的需要增加的单位时间脉冲数量。否则按照单位时间增加或者减少额定脉冲数e的方法来使将要同步的步进电机加减速。
以下来解释上面的步骤的具体原理。
1.此时FPGA芯片和步进电机都已上电，需要所有电机都同步至步进电机motor1的速度。
2.通过公式v＝P*θ*m/360，其中v是电机转速，P是脉冲频率，θ是电机固有步距角，m是细分数。可以知道频率和速度是正比例关系。然后定义步进电机motor1频率P1，目前的速度为V1，细分数为θ1，细分数m1，转一圈需要q1个脉冲；步进电机motor2频率P2，目前的速度为V2，细分数为θ2，细分数m2，转一圈需要q2个脉冲。
3.单位时间内脉冲的数量S＝q*v。其中q是转一圈需要的脉冲，v是目前的速度。则步进电机motor1的单位时间脉冲数S1＝q1*V1，步进电机motor2的单位时间脉冲数S2＝q2*V2，给定标准数值电机加减速Tmin个单位时间。可以通过等差数列公式，得到两个单位时间内脉冲数量的差值为α＝|S1-S2|＝|q1*V1-q2*V2|＝|P1*θ1*m1*V1-P2*θ2*m2*V2|。
4.取S1和S2两个数中的最小值г＝min{S1，S2}。如果最小的值是S1则步进电机motor2 电机单位时间脉冲增加，否则反之。内则根据等差数列公式α＝Tmin*г+Tmin*(Tmin-1) *d/2，求得单位时间内增加或者减少的脉冲数d。
5.如果单位时间脉冲数d大于了步进电机motor2的单位时间增加的额定脉冲数e，则按照单位时间增加或者减少额定脉冲数e的方法来使步进电机motor2加减速。
6.通过公式S＝q*v，可以看出单位时间内的脉冲数和步进电机速度是成正比的。单位时间内脉冲数的等量增加或减少，那么速度时间曲线也是平滑的，达到稳定的平滑同步步进电机速度效果。同时，每个步进电机和步进电机motor1，做相同的操作，最后同步完成。
本发明的有益效果：
1.由于同步使用的每次增量的是单位时间内脉冲数，相对于直接使用变频更加平稳。
2.由于FPGA并行性，控制的步进电机可以同时运动，而在同步的时候可以同时进行多个步进电机通过单位时间内脉冲的增量。使整个系统稳定。
附图说明
图1为本发明的系统框架图。
具体实施方式
具体实施方案一：下面结合图1说明本发明实施方式，首先比较所有步进电机的与将要同步的电机motor1的单位时间内脉冲数量。
具体实施方案二：本实施方式对实施方式一做进一步说明。拿出其中一个电机motor2举例，得到的步进电机motor2与将要同步的步进电机motor2的单位时间内脉冲的数量的差值α＝|S1-S2|＝|q1*V1-q2*V2|＝|P1*θ1*m1*V1-P2*θ2*m2*V2|。通过公式v＝P*θ*m/360，其中 v是电机转速，P是脉冲频率，θ是电机固有步距角，m是细分数。可以知道频率和速度是正比例关系。然后定义步进电机motor1频率P1，目前的速度为V1，细分数为θ1，细分数m1，转一圈需要q1个脉冲；步进电机motor2频率P2，目前的速度为V2，细分数为θ2，细分数m2，转一圈需要q2个脉冲。比步进电机motor1单位时间内脉冲数量多的则是增加单位时间内脉冲数量，否则反之。
具体实施方案三：本实施方式对实施方式一做进一步说明，然后通过公式α＝Tmin* г+Tmin*(Tmin-1)*d/2来得到d为单位时间内的增加或者减少脉冲数量，单位时间脉冲数 d大于了步进电机motor2的单位时间增加的额定脉冲数e，则按照单位时间增加或者减少额定脉冲数e的方法来使步进电机motor2加减速。
具体实施方案四：本实施方式对实施方式一做进一步说明，其他要同步的步进电机motor3， motor4，……motorN和motor2同时做相同的操作。
Claims (3)
1.一种医用多轴步进电机同步方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.首先比较所有步进电机的与将要同步的电机的单位时间内脉冲数量；
S2.得到每个步进电机单位时间内脉冲数量的差值；
S3.使用等差数列的公式推导，得到每个将要同步的步进电机的需要增加的单位时间脉冲数量，否则按照单位时间增加或者减少额定脉冲数e的方法来使将要同步的步进电机加减速。
2.根据权利要求1所述的一种医用多轴步进电机同步方法，其特征在于，步骤S1，使用的是FPGA作为主控芯片，控制的多轴电机，FPGA的并行性方便控制。
3.根据权利要求1所述的一种医用多轴步进电机同步方法，其特征在于，步骤S3，使用了等差数列公式计算单位时间内的脉冲数的增量，根据单位时间内的脉冲数和速度是成正比的关系，从而使速度时间曲线平滑，使使医疗检验和科研的实验结果更加精确。
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