步进电机如何采用全闭式环控制

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。
下图是电路原理

 

 
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