步进电机全闭式环控制

步进电机由于体积精巧、价格低廉、运行稳定，在低端行业应用广泛，步进电

 

机运动控制实现全闭环，是工控行业的一大难题。
主要问题有两个，原点的不确定性和失步，目前，采用高速光电开关作为步
进系统的原点，这个误差在毫米级，所以在精确控制领域，是不能接受的。另
外，为了提高运行精度，步进电机系统的驱动采用多细分，有的大于 16，假
如用在往复运动过程中，误差大的惊人。已经不能适应加工领域。为此，提出

 

步进电机全闭环控制系统，以适应目前运动控制领域的需求。
1  

、 硬件连接：硬件连接加装编码器，根据细分要求，采用不同等级的解析度

 

编码器进行实时反馈。
2  

、 原点控制：根据编码器的 Z 信号，识别、计算坐标原点，同数控系统相同，

精度可以达到 2/编码器解析度×4  

。

3  

、 失步控制：根据编码器的反馈数据，实时调整输出脉冲，根据失步调整程

  

度，采取相应办法。
4  

 

、 电路原理描述

电路采用超大规模电路 FPGA,输入、输出可以达到兆级的相应频率，电源
3.3V,利用 2596 开关电源，将 24V 转为 3.3V,方便实用。输入脉冲与反馈脉冲
进行 4

 

倍频正交解码后计算，及时修正输出脉冲量和频率。

5  

 

、 应用描述

本电路有两种模式，返回原点模式和运行模式。当原点使能开关置位时，进入

 

原点模式，反之，进入运行模式。
在原点模式，以同步于输入脉冲的频率输出脉冲，当碰到原点开关后，降低
输出脉冲频率，根据编码器的 Z 信号，识别、计算坐标原点。返回原点完成后，

 

输出信号。此信号及其数据在不断电的情况下，永远保持。
在运行模式，以同步于输入脉冲的频率输出脉冲，同时计算反馈数据，假如
出现误差，及时修正。另外，大惯量运行时，加减速设置不合理的情况下，可

 

能会及时反向修正。
6  

 

、 技术指标

(1)

≤

输入输出相应频率： 1M; 

(2)

≤

脉冲同步时间误差： 10ms;(主要延误在反向修正，不考虑反向修正，

≤10us) 
(3)

  ≥

重定位电气精度：

2/编码器解析度×4/马达解析度×

 

细分）

(4)

≥

重定位原点电气精度 2/编码器解析度×4/马达解析度×

 

细分）

(5)适应 PNP,NPN

 

接口

(6)

 

适应伺服脉冲控制

(7)

 

适应各种编码其接口

步进电机运动控制一旦解决上述问题，增加数百元成本的情况下可以实现全
闭环控制，毫不逊色于伺服系统。特别是其价格低廉、控制简单、寿命长久的特

 

点在某些场合，可能优于伺服系统。