CN207782690U - 步进电机力矩自适应调节控制系统 - Google Patents
步进电机力矩自适应调节控制系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN207782690U CN207782690U CN201820100968.5U CN201820100968U CN207782690U CN 207782690 U CN207782690 U CN 207782690U CN 201820100968 U CN201820100968 U CN 201820100968U CN 207782690 U CN207782690 U CN 207782690U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- driving chip
- way
- connect
- field
- stepping motor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Control Of Stepping Motors (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种步进电机力矩自适应调节控制系统，包括单片机，单片机通过SPI接口与运动控制芯片通信连接，运动控制芯片通过SPI和STEP、DIR双接口与驱动芯片通信连接，驱动芯片输出控制端与两路H整流桥电路输入端连接，两路H整流桥电路的输出端分别与两相步进电机对应的两个励磁线圈连接，两路H整流桥电路的采样信号输出端分别与驱动芯片的信号输入端连接，用于将两相步进电机的电压和电流状态信号反馈给驱动芯片。本实用新型优点在于不采用额外传感器即可反馈出步进电机的负载力矩用于力矩测量，降低了成本和机械设计难度。当步进电机失步后可及时报警，避免角位移偏差引起故障进一步扩大。
Description
技术领域
本实用新型涉及步进电机控制系统，尤其是涉及步进电机力矩自适应调节控制系统。
背景技术
现有步进电机控制系统普遍采用恒电流控制，恒电流控制可以提供恒定的力矩输出。但是，控制系统传动小力矩负载时，电流相对较高，造成电能浪费；而在传动大力矩负载时，会出现力矩输出不足，导致步进电机失步，即角位移未满足指令要求。常规控制系统不添加位置传感器情况下，无法反馈电机失步；有些控制系统采用了力矩传感器进行力矩监测，用于电机失步检测，但控制模式仍采用的是恒电流控制。恒电流控制存在以下不足：1、传动小力矩负载时，电流相对较高，造成电能浪费；2、传动大力矩负载时，会出现力矩输出不足，导致步进电机失步；3、普通控制系统选型步进电机时，要选用输出力矩比负载力矩高很多的步进电机，避免失步状况的发生，因此增加了步进电机成本；4、常规控制系统不添加位置传感器情况下，无法反馈电机失步；若添加位置传感器，虽然可以反馈步进电机失步现象，但却无法反馈负载力矩实现动态调节电流，同时添加位置传感器同样也会大幅增加成本；5、若采用力矩传感器则会增加机械机构复杂度和制造成本。
发明内容
本实用新型目的在于提供一种步进电机力矩自适应调节控制系统。
为实现上述目的，本实用新型采取下述技术方案：
本实用新型所述的步进电机力矩自适应调节控制系统，包括通过CAN接口与上位机实现通信的单片机，所述单片机通过SPI接口与运动控制芯片通信连接，用于下发指令和接收所述运动控制芯片的反馈信息；运动控制芯片通过SPI和STEP、DIR双接口与驱动芯片通信连接，SPI接口发送驱动芯片配置信息和接收电流、相位角差值反馈信息，STEP和DIR信号下发动作指令给所述驱动芯片；驱动芯片输出控制端与两路H整流桥电路输入端连接，用于将动作指令的STEP和DIR信号转化为PWM信号驱动所述两路H整流桥电路；两路H整流桥电路的输出端分别与两相步进电机对应的两个励磁线圈连接，用于将所述PWM信号转换为电压驱动所述两相步进电机旋转运动；两路H整流桥电路的采样信号输出端分别与驱动芯片的信号输入端连接，用于将两相步进电机的电压和电流状态信号反馈给驱动芯片。
所述两路H整流桥电路结构相同，均由四个场效应管BG1、BG2、BG3、BG4和电流采样电阻R构成；所述场效应管BG1、BG2、BG3、BG4的栅极分别与所述驱动芯片输出控制端连接；场效应管BG1、BG2的源极连接后与直流电源连接；场效应管BG3、BG4的源极连接后分为两路，一路与所述驱动芯片电流采样信号输入端连接构成电流反馈电路，另一路通过电流采样电阻R接地；场效应管BG1、BG3的漏极连接后与所述两相步进电机对应的一个励磁线圈输入端连接，场效应管BG2、BG4的漏极连接后与该励磁线圈输出端连接；场效应管BG1和BG3的漏极连接点、场效应管BG2和BG4的漏极连接点，分别与驱动芯片电压采样信号输入端连接构成电压采样电路。
本实用新型优点在于不采用额外传感器即可反馈出步进电机的负载力矩用于力矩测量，降低了成本和机械设计难度。在非线性负载中，根据反馈信息动态调节电流大小；当负载力矩短时间内较高时，可动态提高步进电机电流超过额定电流，降低了步进电机失步的风险，因此可选择力矩余量保留相对较小的步进电机，降低成本。当步进电机失步后可及时报警，避免角位移偏差引起故障进一步扩大。
附图说明
图1是本实用新型的控制电路结构框图。
图2是本实用新型所述驱动芯片、两路H整流桥和两相步进电机的电路原理图。
图3是本实用新型所述两相步进电机的驱动电压和反电动势的波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图1-3所示，本实用新型所述的步进电机力矩自适应调节控制系统，包括通过CAN接口与上位机实现通信的单片机，单片机通过SPI接口与运动控制芯片通信连接，用于下发指令和接收运动控制芯片的反馈信息；运动控制芯片通过SPI接口与驱动芯片1（型号：TMC262）通信连接， STEP和DIR信号将运动指令下发给驱动芯片1；驱动芯片1输出控制端与两路H整流桥电路2.1、2.2输入端连接，用于将动作指令的STEP和DIR信号转化为PWM信号驱动两路H整流桥电路2.1、2.2；两路H整流桥电路2.1、2.2的输出端分别与两相步进电机3对应的一个励磁线圈L1、L1连接，用于将PWM信号转换为电压驱动两相步进电机3旋转运动；两路H整流桥电路2.1、2.2的采样信号输出端分别与驱动芯片1的信号输入端连接，用于将两相步进电机3的电压和电流状态信号反馈给驱动芯片。
两路H整流桥电路2.1、2.2结构相同，现以H整流桥电路2.1为例描述：
均由四个场效应管BG1、BG2、BG3、BG4和电流采样电阻R构成；场效应管BG1、BG2、BG3、BG4的栅极分别与驱动芯片1输出控制端连接；场效应管BG1、BG2的源极连接后与直流电源Vcc连接；场效应管BG3、BG4的源极连接后分为两路，一路与驱动芯片1电流采样信号输入端连接构成电流反馈电路，另一路通过电流采样电阻R接地GND；场效应管BG1、BG3的漏极连接后与两相步进电机3对应的一个励磁线圈L1输入端连接，场效应管BG2、BG4的漏极连接后与该励磁线圈L1输出端连接；场效应管BG1和BG3的漏极连接点、场效应管BG2和BG4的漏极连接点，分别与驱动芯片1电压采样信号输入端连接构成电压采样电路。
本实用新型工作原理简述如下：
1、单片机（MCU）经过CAN接口同上位机进行通信，并通过SPI信号与运动控制芯片进行通信，下发的指令内容为：运动控制芯片的设置指令、运动动作指令和驱动芯片1的设置指令；同时接收运动控制芯片的反馈信息、运动控制芯片状态信息和驱动芯片1的状态信息。
2、运动控制芯片下发驱动芯片的指令为：将运动动作指令转换为STEP和DIR信号，通过另一路SPI下发驱动芯片1的设置指令；驱动芯片1同时反馈它和两相步进电机3的状态信息。
3、驱动芯片1将运动指令的STEP和DIR信号转化为PWM信号驱动两路H整流桥2.1、2.2，两路H整流桥2.1、2.2将PWM信号转换为驱动电压，驱动电压经过两相步进电机3生成为电流驱动电机旋转运动；两路H整流桥2.1、2.2反馈两相步进电机3的电压和电流状态给驱动芯片1，驱动芯片1根据电流状态进行控制调节输出电流。
4、根据不同的采集时间段，可采集到电机驱动电压Vi和反电势E，二者都是接近正弦波曲线，周期基本相同，但是相位角Φ有滞后⊿Φ值;驱动芯片1会将相位角差值⊿Φ信息实时传输给运动控制芯片，通过运动控制芯片传输给单片机。
5、单片机根据相位角差值⊿Φ信息进行判断，输出力矩和负载力矩差值与相位角差值⊿Φ有反向比例关系；相位角差值⊿Φ较小，力矩差值较大，单片机减小设置电流，降低电能消耗；相位角差值⊿Φ较高，力矩差值较小，单片机调高设置电流，增加输出力矩，降低失步风险；当滞后相位角Φ超过临界值时，判断步进电机3失步，输出报警信号。
Claims (2)
1.一种步进电机力矩自适应调节控制系统，其特征在于：包括通过CAN接口与上位机实现通信的单片机，所述单片机通过SPI接口与运动控制芯片通信连接，用于下发指令和接收所述运动控制芯片的反馈信息；运动控制芯片通过SPI和STEP、DIR双接口与驱动芯片通信连接，SPI接口发送驱动芯片配置信息和接收电流、相位角差值反馈信息， STEP和DIR信号下发动作指令给所述驱动芯片；驱动芯片输出控制端与两路H整流桥电路输入端连接，用于将动作指令的STEP和DIR信号转化为PWM信号驱动所述两路H整流桥电路；两路H整流桥电路的输出端分别与两相步进电机对应的两个励磁线圈连接，用于将所述PWM信号转换为电压驱动所述两相步进电机旋转运动；两路H整流桥电路的采样信号输出端分别与驱动芯片的信号输入端连接，用于将两相步进电机的电压和电流状态信号反馈给驱动芯片。
2.根据权利要求1所述的步进电机力矩自适应调节控制系统，其特征在于：所述两路H整流桥电路结构相同，均由四个场效应管BG1、BG2、BG3、BG4和电流采样电阻R构成；所述场效应管BG1、BG2、BG3、BG4的栅极分别与所述驱动芯片输出控制端连接；场效应管BG1、BG2的源极连接后与直流电源连接；场效应管BG3、BG4的源极连接后分为两路，一路与所述驱动芯片电流采样信号输入端连接构成电流反馈电路，另一路通过电流采样电阻R接地；场效应管BG1、BG3的漏极连接后与所述两相步进电机对应的一个励磁线圈输入端连接，场效应管BG2、BG4的漏极连接后与该励磁线圈输出端连接；场效应管BG1和BG3的漏极连接点、场效应管BG2和BG4的漏极连接点，分别与驱动芯片电压采样信号输入端连接构成电压采样电路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201820100968.5U CN207782690U (zh) | 2018-01-22 | 2018-01-22 | 步进电机力矩自适应调节控制系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201820100968.5U CN207782690U (zh) | 2018-01-22 | 2018-01-22 | 步进电机力矩自适应调节控制系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN207782690U true CN207782690U (zh) | 2018-08-28 |
Family
ID=63214109
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201820100968.5U Active CN207782690U (zh) | 2018-01-22 | 2018-01-22 | 步进电机力矩自适应调节控制系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN207782690U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108063570A (zh) * | 2018-01-22 | 2018-05-22 | 安图实验仪器(郑州)有限公司 | 步进电机力矩自适应调节控制系统 |
-
2018
- 2018-01-22 CN CN201820100968.5U patent/CN207782690U/zh active Active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108063570A (zh) * | 2018-01-22 | 2018-05-22 | 安图实验仪器(郑州)有限公司 | 步进电机力矩自适应调节控制系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109450330B (zh) | 一种用于电励磁双凸极电机的转矩控制方法 | |
| CN201590796U (zh) | 单相永磁同步电机驱动电路 | |
| CN105432016B (zh) | 电机控制电路 | |
| CN107659229B (zh) | 一种基于双母线分裂电流采样的开关磁阻电机系统 | |
| EP1783891A1 (en) | Control of switched reluctance machines | |
| CN101833073A (zh) | 一种片上一体化cmos锁存型霍尔传感器 | |
| CN107147339A (zh) | 一种四相电励磁双凸极电机失磁故障容错发电方法 | |
| CN101997464B (zh) | 马达控制装置 | |
| CN102725954A (zh) | 用于固定在电机上的传感器单元以及电动机系统 | |
| CN207782690U (zh) | 步进电机力矩自适应调节控制系统 | |
| CN202696533U (zh) | 一种变速永磁交流发电机系统 | |
| CN102005993A (zh) | 永磁直流无刷无霍尔电机的控制方法及控制装置 | |
| CN105207549A (zh) | 无刷直流电机驱动控制系统 | |
| CN101917149B (zh) | 实现电子力矩换向的直流串励电机控制的方法 | |
| CN202628572U (zh) | 电梯间风扇系统 | |
| CN1333517C (zh) | 开关磁阻电动机无转子位置传感器启动控制方法 | |
| CN108063570A (zh) | 步进电机力矩自适应调节控制系统 | |
| CN104467338A (zh) | 一种无转子位置传感器的开关磁阻电机 | |
| CN204271870U (zh) | 一种无转子位置传感器的开关磁阻电机 | |
| CN107294432A (zh) | 一种电机的控制方法和控制系统 | |
| CN201063514Y (zh) | 一种新型开关磁阻电动机系统 | |
| CN104373109B (zh) | 一种电缆测井地面辅助信号的模拟装置 | |
| CN203788208U (zh) | 大功率圆筒型直线开关磁阻电机控制装置 | |
| CN101997465A (zh) | 马达控制装置 | |
| CN101986549A (zh) | 电动自行车控制电路 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |