CN112737437B - 用于空间光学载荷步进电机定位的微动开关位置调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于空间光学载荷步进电机定位的微动开关位置调整方法。该调整方法基于两相八拍步进电机控制系统，包括步进电机、驱动器组件、上位机软件、激光笔和微动开关。通过上位机设置步进电机步数、方向、速度和PWM等参数，电机在运行过程中抖动会引起微动开关误触发现象。电机通过复位找到起始位置，运行至微动开关导通时返回状态信息并回退固定步数。通过微调微动开关位置，使其导通时步进电机处于偶数步行程的中间位置。本发明提供的调整方法简单可靠且容易实现，能够准确定位微动开关安装位置，有效防止微动开关误触发导致的步进电机失步，有效保证步进电机定位准确度。

Description

用于空间光学载荷步进电机定位的微动开关位置调整方法

技术领域

本发明涉及环大气环境探测领域，具体涉及用于空间光学载荷步进电机定位的微动开关位置调整方法。

背景技术

紫外高光谱大气成分探测仪是一种空间光学载荷，其具有探测目标区域痕量污染气体含量的能力。该载荷具备两条探测光路，分别为主光路和定标光路。主光路探测地面后向散射的太阳光，用于反演气体浓度；定标光路探测直射太阳光，用于进行光谱定标。两条光路通过转动部件进行切换，转动部件主要为步进电机和微动开关，微动开关用于复位和限位。步进电机位置的准确性直接影响载荷探测性能，是载荷性能的关键因素。

步进电机采用的是开环控制方式，转动机构利用微动开关进行定位和限位。具体工作方式为：首先，载荷主控发出复位指令，电机开始运转；然后，有微动开关导通信号反馈，电机立刻向反方向回退整数步，该位置即为基准位置(复位位置)；最后，主控发送需要转动的步数(该步数在调试中根据光路决定)，电机运转到位。

载荷中使用的步进电机为2相4线步进电机，步距角1.8°，运行方式为两相八拍：AB→B→A～B→A～→A～B～→B～→AB～→A，对应的驱动相序为1→2→3→4→5→6→7→8，电机硬件驱动原理如图2所示。由于电机在运行过程中绕组线圈通过电流，会对成像组件产生干扰，降低光谱仪信噪比；另外长时间通电会加剧电机温升，影响使用寿命。所以要求电机无带电保持功能，电机转动到位后即刻撤销绕组线圈电流，靠电机的自定位力矩保持到位位置。由于步进电机是按照绕组线圈中电流励磁运动，每经历一次电流切换电机运行一步。这样不可避免的产生抖动，抖动幅度与PWM和速度有关。当按照统一的PWM和速度参数运行时，每次抖动幅度也一致。当电机旋转到微动开关附近时，抖动可能会引起微动开关误出发。这种方式会产生如下问题：电机驱动相序停止在复合相序时(A和B相同时通电)，此时如果电机电流撤销，电机齿轮不会保持原位，在自定位力矩的作用下会回到A相或B相位置，即产生失步现象，失步产生的角度偏差为0.9°。失步会导致光路切换机构发生位置偏差，影响观测效果，降低后期数据处理结果的准确性和可靠性。

发明内容

本发明提供一种用于空间光学载荷步进电机定位的微动开关调整方法，以解决现有驱动控制方式可能会出现的失步现象。该调整方法应用于光机装调和测试阶段，可准确标定出微动开关的当前位置，配合步进电机驱动相序的反馈信号找到不失步的安全区间，将微动开关固定于安全区间的中心位置。准确固定的位置可有效避免失步的发生。

本发明采用的技术方案为：一种用于空间光学载荷步进电机定位的微动开关调整方法，具体的实现步骤如下：

步骤一，调节微动开关调整装置至任一极限位置，此位置作为调整方案的初始位置。

步骤二，连接好电机驱动控制器和上位机软件，观察上位机反馈的微动开关导通时刻的驱动相序。

步骤三，通过上位机发送复位指令，使电机顺时针或逆时针运行。

步骤四，电机档杆运行至微动开关闭合，产生导通信号，电机反向运行4步(根据需求，一般为偶数步)，并返回停止时的电机驱动相序m。

步骤五，如果m为奇数1,3,5或7，说明微动开关导通时刻的驱动相序为符合相，两个绕组线圈同时励磁，即AB、AB～，A～B或A～B～。此时线圈停止通电，那么电机位置不定，会产生失步。

步骤六，如果m为偶数2,4,6,8，微动开关导通时刻的电机驱动相序为单项，即A、B、A～或B～，此时不会产生失步，电机停在准确位置。

步骤七，微调微动开关位置并固定，重复执行步骤三，直到找到步骤四和步骤五和临界状态，记录微动开关位置P1。

步骤八，重复执行步骤七，找到相邻奇数步的临界状态，记录微动开关位置P2。

步骤九，标记P1和P2的中心位置，将微动开关固定于该位置。

步骤十，另一方向的微动开关调节方法重复步骤三到步骤九。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)现有技术无微动开关安装位置的准确定位方案，本发明提供了简单、可行且可靠的调整方案，能够准确定位微动开关的最佳位置，有效消除步进电机在复位过程中的失步现象。

(2)本发明提供的调整方法操作便捷，易于重复，调整准确，在光机装调试验过程中具有指导意义。

(3)本发明是从失步产生的原因出发分别定位微动开关位置，与载荷以后测试状态一致。

附图说明

图1为本发明系统示意图；

图2为本发明驱动器原理框图；

图3为本发明电机位置测试图；

图4为本发明实现的流程图；

图5为本发明实现的上位机软件图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。

本发明一种用于空间光学载荷步进电机定位的微动开关位置调整方法，系统连接如图1所示，系统主要包括步进电机、转动盘、档杆、和微动开关。其中转动盘固定于电机输出轴上，转动盘上用于安装定标板组件和切换镜；旋转盘跟随电机输出轴动作，旋转不同的角度位置来切换定标组件和切换镜；微动开关固定于电机基座外壁上，档杆固定于转动盘边缘下方，与微动开关触动臂处于同心圆上，可顺时针或逆时针运行击打微动开关触动臂，当触动臂到位微动开关触发导通信号，该信号由FPGA接收进行相应动作，由此来准确标定旋转盘的复位位置。上位机发送控制命令给电机驱动器，驱动器接收命令后解析出电机驱动信号，驱动电机转动，微动开关导通信号通过控制器反馈给上位机。步进电机驱动器的原理框图如图2所示，由差分接口、主控FPGA、电机驱动芯片LMD18200和微动开关动作检测电路组成。差分接口载荷数管计算机的串行通讯连接。FPGA作为驱动器的控制核心，负责与载荷数管计算机通讯，产生驱动芯片控制信号，控制步进电机运动；同时通过检测微动开关动作信号，判断转动部件的初始零位。LMD18200作为双路H桥驱动电路，实现对步进电机的电流方向和电流大小的控制，驱动步进电机按照FPGA的控制信号运动。微动开关动作检测电路对微动开关的动作信号进行处理，然后将动作信号发送到FPGA。

具体实施方式如下：

步骤一，调节微动开关调整装置至任一极限位置，此位置作为调整方案的初始位置。

步骤二，连接好电机驱动控制器和上位机软件，观察上位机反馈的微动开关导通时刻的驱动相序，如图5所示。

步骤三，上位机发送指令给电机驱动板，电机根据指令顺时针或逆时针运行100步，直到电机档杆打到微动开关。指令参数根据载荷在轨运行的实际需求设定，现要求PWM为50％，速度分频为900(34步/秒)。

步骤四，电机档杆运行至微动开关闭合，此时产生到位导通信号，驱动板收到导通信号后驱动电机反向运行4步(根据实际需求，回退步数必须为偶数，该电机驱动板已固化回退4步)。到位停止位置即为电机的复位位置，之后运行以此为基准运行相应步数，并返回停止时的电机驱动相序m。

步骤五，如果m为奇数1,3,5或7，说明微动开关导通时刻的驱动相序为符合相序，两个绕组线圈同时励磁，即AB、AB～，A～B或A～B～。此时线圈停止通电，那么电机位置不定，会产生失步，角度误差为0.9°。

步骤六，如果m为偶数2,4,6,8，微动开关导通时刻的电机驱动相序为单相相序，即A、B、A～或B～，此时不会产生失步，电机停在指令设定的准确位置。

步骤七，微调微动开关位置并固定，重复执行步骤三，直到找到步骤四和步骤五的临界状态，标记微动开关位置P1。

步骤八，重复执行步骤七，找到相邻奇数步的临界状态，标记微动开关位置P2。

步骤九，标记P1和P2的中心位置，将微动开关固定于该位置。重复发送复位指令，观察激光器光斑在墙壁的位置，见图3，电机档杆打到微动开关后回退的位置固定，微动开关的位置处于最佳位置。

步骤十，另一方向的微动开关调节方法重复步骤三到步骤九，不再赘述。

Claims (1)

1.一种用于空间光学载荷步进电机定位的微动开关位置调整方法，其特征在于：所述调整方法是针对两相八拍步进电机控制，且使用微动开关进行位置定位和限位，具体的实现步骤如下，

步骤一，调节微动开关调整装置至任一极限位置，此位置作为调整方案的初始位置；

步骤二，连接好电机驱动控制器和上位机软件，观察上位机反馈的微动开关导通时刻的驱动相序；

步骤三，通过上位机发送复位指令，使电机顺时针或逆时针运行；

步骤四，电机档杆运行至微动开关闭合，产生导通信号，电机反向运行偶数步，并返回停止时的电机驱动相序m；

步骤五，如果m为奇数1,3,5或7，说明微动开关导通时刻的驱动相序为复合相，两个绕组线圈同时励磁，即AB、AB～，A～B或A～B～；此时线圈停止通电，那么电机位置不定，会产生失步；

步骤六，如果m为偶数2,4,6,8，微动开关导通时刻的电机驱动相序为单项，即A、B、A～或B～，此时不会产生失步，电机停在准确位置；

步骤七，微调微动开关位置并固定，重复执行步骤三，直到找到步骤四和步骤五的临界状态，记录微动开关位置P1；

步骤八，重复执行步骤七，找到相邻奇数步的临界状态，记录微动开关位置P2；

步骤九，标记P1和P2的中心位置，将微动开关固定于该位置；

步骤十，另一方向的微动开关调节方法重复步骤三到步骤九。

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