CN219046469U - 绝对值型步进驱动器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了绝对值型步进驱动器，包括AC‑DC整流单元、继电器缓冲单元、储能单元、DC‑AC逆变单元、信号驱动器、中央处理单元、指令输入单元、通讯单元、显示与参数设置单元、编码器检测单元及步进电机，所述AC‑DC整流单元与继电器缓冲单元连接，所述DC‑AC逆变单元与储能单元连接，所述中央处理单元的通过输出PWM信号连接信号驱动器，所述中央处理单元包括环形分配器、保护电路和传感器接收电路，所述信号驱动器与DC‑AC逆变单元连接，所述DC‑AC逆变单元与步进电机连接，所述步进电机的内侧包括绝对值编码器。本实用新型工作稳定可靠，制造、维护方便，实用寿命长且结构紧凑，降低了对目标负载变化的依赖程度，做到了设备的合理、可靠匹配。
Description
技术领域
本实用新型涉及步进驱动器技术领域，具体为绝对值型步进驱动器。
背景技术
步进电机驱动器是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，步进电机驱动器接收到一个脉冲信号就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为步距角)，通过控制脉冲的输入个数来控制步进电机角位移量，从而达到准确定位的目的，步进电机的转速则由输入脉冲频率来控制。步进电机和步进电机驱动器构成步进电机驱动系统，其性能取决于步进电机和步进电机驱动器两个方面的特性。
步进电机不能直接接到直流或交流电源上，必须使用专用的步进电机驱动器，步进电机驱动器广泛应用于工业领域对高精度运功的控制，特别是对小噪声、高速度应用领域，如雕刻机、剥线机、打标机、切割机、固晶机、绘图仪、数控机床、自动装配设备等应用等。
步进电机驱动器一般采用开环控制，输入固定数量的脉冲个数代表步进电机将会行进固定的步数，理论上是没有问题的，但在实际应用中却存在“失步”现象(步进电机转动的步数小于给定脉冲个数)，导致精确控制偏差过大，主要原因在用负载的大小不同可能存在堵转的问题，常规解决办法是采用较大功率步进电机系统带动较小的负载，或者降低速度运行，目前存在以下问题：大设备带小负载或降低运行速度将导致设备和能源的浪费；并不能完全解决失步的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供绝对值型步进驱动器，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：绝对值型步进驱动器，包括AC-DC整流单元、继电器缓冲单元、储能单元、DC-AC逆变单元、信号驱动器、中央处理单元、指令输入单元、通讯单元、显示与参数设置单元、编码器检测单元及步进电机，所述AC-DC整流单元与继电器缓冲单元连接，所述DC-AC逆变单元与储能单元连接，所述中央处理单元的通过输出PWM信号连接信号驱动器，所述中央处理单元包括环形分配器、保护电路和传感器接收电路，所述信号驱动器与DC-AC逆变单元连接，所述DC-AC逆变单元与步进电机连接，所述步进电机的内侧包括绝对值编码器，所述中央处理单元与指令输入单元、通讯单元、显示与参数设置单元、编码器检测单元及信号驱动器连接。
优选的，所述AC-DC整流单元、继电器缓冲单元和储能单元将工频交流电转换成平稳直流电。
优选的，所述DC-AC逆变单元将平稳直流电转换成频率可变化的脉冲电能。
优选的，所述显示与参数设置单元实现人、机交流。
优选的，所述编码器检测单元实现步进电机主轴实时状态的识别。
优选的，所述通讯单元实现绝对值型步进驱动器与智能目标终端实行实时数据交互。
优选的，所述编码器检测单元中的编码器可以是光栅型码盘，还可以是磁感应绝对位置码盘。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型实现了步进电机与步进电机驱动器的准确匹配，根据负载特性合理选择步进电机系统，做到了精确匹配，避免资源浪费；有效降低了应用设备的整体成本；采用闭环控制完全解决了失步问题，做到了真正的精确控制，本实用新型工作稳定可靠，制造、维护方便，实用寿命长且结构紧凑，降低了对目标负载变化的依赖程度，做到了设备的合理、可靠匹配。
附图说明
图1为本实用新型绝对值步进电机系统示意框图；
图2为普通步进电机系统示意框图；
图3为本实用新型绝对值编码器码盘示意图。
图中：AC-DC整流单元1；继电器缓冲单元2；储能单元3；DC-AC逆变单元4；信号驱动器5；中央处理单元6；指令输入单元7；通讯单元8；显示与参数设置单元9；编码器检测单元10；步进电机11。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1-3，本实用新型提供一种技术方案：绝对值型步进驱动器，本装置通过带绝对值编码器的步进电机和带绝对值编码器检测单元的步进电机驱动器组成。
带绝对值编码器的步进电机与普通步进电机相比，主要在电机尾部增加了一个绝对值编码器与电机主轴相连，绝对编码器的码盘上(参考图3示意的6道光通道刻线)有许多道光通道刻线，每道刻线依次以2线、4线、8线、16线等等编排，在编码器的任意位置读取n位码盘刻线的通、暗，获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码(格雷码)，即可确定电机主轴的绝对位置。与之相对的增量型编码器则需要确定初始零位并通过计数确定其相关位置，具有明显的缺陷，不作为本产品的适用对象。
带绝对值编码器检测的步进电机驱动器与普通步进电机驱动器相比，主要增加了绝对值编码器的位置检测功能和输出脉冲反馈调节功能。控制脉冲发出后立即检测绝对值编码器位置信号并与预期位置对比，通过输出脉冲反馈调节功能修正输出脉冲数量使到达预期位置，经过不断的检测-修正-检测过程到达精确控制的目的，无需加大驱动系统容量。
如图3所示，本实用新型包括AC-DC整流单元1、继电器缓冲单元2、储能单元3、DC-AC逆变单元4、信号驱动器5、中央处理单元6、指令输入单元7、通讯单元8、显示与参数设置单元9、编码器检测单元10及步进电机11(内含绝对值编码器)，其中中央处理单元6内含环形分配器、保护电路及传感器接收电路等。
AC-DC整流单元1与继电器缓冲单元2连接，实现工频交流电转换为直流电并安全传导到储能单元3，DC-AC逆变单元4与储能单元3连接，DC-AC逆变单元4从储能单元3吸取直流电能转换为频率可变的脉冲电能输出，以上各部分构成了步进电机驱动器的主回路，主回路在中央处理单元6及信号驱动器5的作用下输出满足应用需求的脉冲能量。
中央处理单元6与指令输入单元7、通讯单元8、显示与参数设置单元9、编码器检测单元10及信号驱动器5连接，构成了绝对值步进电机驱动器的控制回路，承担步进电机驱动器主回路的管理功能。中央处理单元6接收指令输入单元7输入的目标应用信号经过高速数字信号处理后输出PWM信号到信号驱动器进5行信号放大，驱动DC-AC逆变单元4驱动步进电机运行。中央处理单元6同时接收编码器检测单元10输入电机实时位置信号并与预期的电机位置信号进行比对，根据其中的偏差进行相应的调整，经过检测-修正-检测的重复过程满足目标应用需求，通讯单元8承担绝对值型步进驱动器与智能目标终端实行实时数据交互，显示与参数设置单元9用于辅助显示步进电机的部分实时状态，并做相应的调整。
主回路、控制回路及带绝对值编码器的步进电机是本实用新型的控制对象。
相较于图2，图3增加了编码器检测单元和步进电机的编码器单元，可以实时反馈电机主轴的位置状态并得到及时的修正，保证了指令意图与目标实现的一致性，有效的提高控制的可靠性和产品精度。
本实用新型工作稳定可靠，制造、维护方便，实用寿命长且结构紧凑，降低了对目标负载变化的依赖程度，做到了设备的合理、可靠匹配。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.绝对值型步进驱动器，包括AC-DC整流单元(1)、继电器缓冲单元(2)、储能单元(3)、DC-AC逆变单元(4)、信号驱动器(5)、中央处理单元(6)、指令输入单元(7)、通讯单元(8)、显示与参数设置单元(9)、编码器检测单元(10)及步进电机(11)，其特征在于：所述AC-DC整流单元(1)与继电器缓冲单元(2)连接，所述DC-AC逆变单元(4)与储能单元(3)连接，所述中央处理单元(6)的通过输出PWM信号连接信号驱动器(5)，所述中央处理单元(6)包括环形分配器、保护电路和传感器接收电路，所述信号驱动器(5)与DC-AC逆变单元(4)连接，所述DC-AC逆变单元(4)与步进电机(11)连接，所述步进电机(11)的内侧包括绝对值编码器，所述中央处理单元(6)与指令输入单元(7)、通讯单元(8)、显示与参数设置单元(9)、编码器检测单元(10)及信号驱动器(5)连接。
2.根据权利要求1所述的绝对值型步进驱动器，其特征在于：所述AC-DC整流单元(1)、继电器缓冲单元(2)和储能单元(3)将工频交流电转换成平稳直流电。
3.根据权利要求1所述的绝对值型步进驱动器，其特征在于：所述DC-AC逆变单元(4)将平稳直流电转换成频率可变化的脉冲电能。
4.根据权利要求1所述的绝对值型步进驱动器，其特征在于：所述显示与参数设置单元(9)实现人、机交流。
5.根据权利要求1所述的绝对值型步进驱动器，其特征在于：所述编码器检测单元(10)实现步进电机(11)主轴实时状态的识别。
6.根据权利要求1所述的绝对值型步进驱动器，其特征在于：所述通讯单元(8)实现绝对值型步进驱动器与智能目标终端实行实时数据交互。
7.根据权利要求1所述的绝对值型步进驱动器，其特征在于：所述编码器检测单元(10)中的编码器可以是光栅型码盘，还可以是磁感应绝对位置码盘。
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