一種基于模擬閉環的步進電機位置控制系統技術方案

一種基于模擬閉環的步進電機位置控制系統，采用電壓輸出式位移傳感器直接測量位移，同時將步進電機設計成整個位置控制系統中的一個速度控制單元，即脈沖頻率控制器。該控制系統采用電壓輸出式位移傳感器直接測量位移，同時利用ATmega8L單片機的快速PWM模式產生可以實時修改頻率的方波信號，控制步進電機以線性速度進行位置跟隨。不僅保證控制精度不受電機失步的影響，而且使控制系統設計簡單合理，改善了系統控制性能。

A stepping motor position control system based on simulated closed loop

A stepper motor position control system based on analog closed loop step by directly measuring the displacement voltage output type displacement sensor, and the stepping motor is designed for the position control of a speed control unit in the system, namely the pulse frequency controller. Direct measurement of the displacement voltage output type displacement sensor using the control system, at the same time using fast PWM mode ATmega8L microcontroller can be modified in real time frequency square wave signal, the stepper motor control in linear speed position follow. Not only the control accuracy is not affected by the out of step of the motor, but also the design of the control system is simple and reasonable, and the control performance of the system is improved.

【技術實現步驟摘要】
一種基于模擬閉環的步進電機位置控制系統所屬
本專利技術涉及一種基于模擬閉環的步進電機位置控制系統，適用于機械領域。
技術介紹
步進電機控制過程中存在失步，所以在傳統的步進電機位置閉環控制系統中通常采用光柵編碼器作為位移檢測元件，控制方法則采用將位置偏差信號經過計算或查表得到步進電機需要轉動的步數，然后輸出一個脈沖個數一定的脈沖序列，脈沖頻率往往恒定。這種做法缺點有兩個：其一，加大了控制單片機的運算量而且實時性差、響應速度慢；其二，位置跟隨過程中速度恒定，影響控制性能。
技術實現思路
本專利技術提出了一種基于模擬閉環的步進電機位置控制系統，采用電壓輸出式位移傳感器直接測量位移，同時利用ATmega8L單片機的快速PWM模式產生可以實時修改頻率的方波信號，控制步進電機以線性速度進行位置跟隨。不僅保證控制精度不受電機失步的影響，而且使控制系統設計簡單合理，改善了系統控制性能。本專利技術所采用的技術方案是：所述控制系統采用電壓輸出式位移傳感器直接測量位移，同時將步進電機設計成整個位置控制系統中的一個速度控制單元，即脈沖頻率控制器。利用ATmegaSL單片機的快速PWM模式可以使單片機在進行其它操作的時侯同步輸出方波，其輸出頻率可以實時修改，而不會中斷輸出。同時利用ATmega8L單片機內部集成的10位模數轉換器，在降噪ADC模式下采集兩路電壓。所述控制系統通過軟件線性化處理使單片機輸出方波頻率正比于輸入的兩路電壓信號(指令和位移反饋)之差。這樣在位置跟隨過程中，電機的轉動速度與位置跟隨誤差保持嚴格的線性關系，實現線性速度進行位置跟隨，改善了控制性能的同時保證控制精度不受電機失步的影響。所述控制電路電路就是由ATmegaSL構成的最小單片機系統，包括兩路信號調理電路、ISP下載電路、復位和電源電路。程序控制功能分為：兩路降噪模式ADC轉換；線性化處理和控制算法計算；運用比較匹配中斷模式實時修改輸出方波頻率，方向控制和死區判斷。本專利技術的有益效果是：該系統采用電壓輸出式位移傳感器直接測量位移，同時利用ATmega8L單片機的快速PWM模式產生可以實時修改頻率的方波信號，控制步進電機以線性速度進行位置跟隨。不僅保證控制精度不受電機失步的影響，而且使控制系統設計簡單合理，改善了系統控制性能。附圖說明圖1是本專利技術的系統控制功能框圖。圖2是本專利技術的程序控制流程圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步說明。如圖1，所述控制系統采用電壓輸出式位移傳感器直接測量位移，同時將步進電機設計成整個位置控制系統中的一個速度控制單元，即脈沖頻率控制器。利用ATmegaSL單片機的快速PWM模式可以使單片機在進行其它操作的時侯同步輸出方波，其輸出頻率可以實時修改，而不會中斷輸出。同時利用ATmega8L單片機內部集成的10位模數轉換器，在降噪ADC模式下采集兩路電壓。高性能、低功耗的8位AVR微處理器ATmega8L是基于增強的AVRRISC結構的低功耗8位CMOS微控制器。由于ATmega8L先進的指令集以及單時鐘周期指令執行時間，工作于16M晶振時ATmegaSL的數據吞吐率高達16MIPS。快速PWM模式(WGMl3：0=5，6，7，14或15)可用來產生高頻的PWM波形。由于步進電機細分驅動器對脈沖寬度都沒有要求，因此將快速PWM模式設定為方波輸出，(不用ATmegaSL的CTC模式產生方波，是由于CTC模式沒有雙緩沖功能)。快速PWM模式有雙緩沖功能。通過設置寄存器TCCRlA和TCCRlB的相應位WGMl3：0=15來選定用寄存器OCRlA定義計數TOP值，并且設置寄存器COMlAl：0=1來設定OCRlA在比較匹配時進行邏輯電平取反。每次計數寄存器TCNTn從零開始計數一直累加到固定數OCRlA時電平取反。修改寄存器OCRlA的值要先啟動比較匹配中斷，這樣在下一個計數周期TCNTn累加到固定數OCRlA時將產生中斷，在中斷程序中修改OCRlA的值也就修改了計數器的計數周期從而可以實時改變方波輸出頻率。控制系統通過軟件線性化處理使單片機輸出方波頻率正比于輸入的兩路電壓信號(指令和位移反饋)之差。這樣在位置跟隨過程中，電機的轉動速度與位置跟隨誤差保持嚴格的線性關系，實現線性速度進行位置跟隨，改善了控制性能的同時保證控制精度不受電機失步的影響。如圖2，控制電路電路就是由ATmegaSL構成的最小單片機系統，包括兩路信號調理電路、ISP下載電路、復位和電源電路。程序控制功能分為：兩路降噪模式ADC轉換；線性化處理和控制算法計算；運用比較匹配中斷模式實時修改輸出方波頻率，方向控制和死區判斷。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于模擬閉環的步進電機位置控制系統，其特征是：所述控制系統采用電壓輸出式位移傳感器直接測量位移，同時將步進電機設計成整個位置控制系統中的一個速度控制單元，即脈沖頻率控制器。

【技術特征摘要】
1.一種基于模擬閉環的步進電機位置控制系統，其特征是：所述控制系統采用電壓輸出式位移傳感器直接測量位移，同時將步進電機設計成整個位置控制系統中的一個速度控制單元，即脈沖頻率控制器。2.根據權利要求1所述的一種基于模擬閉環的步進電機位置控制系統，其特征是：所述利用ATmegaSL單片機的快速PWM模式可以使單片機在進行其它操作的時侯同步輸出方波，其輸出頻率可以實時修改，而不會中斷輸出。3.根據權利要求1所述的一種基于模擬閉環的步進電機位置控制系...

【專利技術屬性】
技術研發人員：申久祝，
申請(專利權)人：申久祝，
類型：發明
國別省市：遼寧,21