如何實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動控制的全閉環(huán)控制

步進(jìn)電機(jī)由于體積精巧、價(jià)格低廉、運(yùn)行穩(wěn)定，在低端行業(yè)應(yīng)用廣泛，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動控制實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)，是工控行業(yè)的一大難題。
       主要問題有兩個(gè)，原點(diǎn)的不確定性和失步，目前，采用高速光電開關(guān)作為步進(jìn)系統(tǒng)的原點(diǎn)，這個(gè)誤差在毫米級，所以在精確控制領(lǐng)域，是不能接受的。另外，為了提高運(yùn)行精度，步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的驅(qū)動采用多細(xì)分，有的大于16，假如用在往復(fù)運(yùn)動過程中，誤差大的驚人。已經(jīng)不能適應(yīng)加工領(lǐng)域。
為此，提出步進(jìn)電機(jī)全閉環(huán)控制系統(tǒng)，以適應(yīng)目前運(yùn)動控制領(lǐng)域的需求。
1、 硬件連接
硬件連接加裝編碼器，根據(jù)細(xì)分要求，采用不同等級的解析度編碼器進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋。
2、 原點(diǎn)控制
根據(jù)編碼器的Z信號，識別、計(jì)算坐標(biāo)原點(diǎn)，同數(shù)控系統(tǒng)相同，精度可以達(dá)到2/編碼器解析度×4。
3、 失步控制
根據(jù)編碼器的反饋數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)調(diào)整輸出脈沖，根據(jù)失步調(diào)整程度，采取相應(yīng)辦法。
下圖是電路原理


4、 電路原理描述
電路采用超大規(guī)模電路FPGA,輸入、輸出可以達(dá)到兆級的相應(yīng)頻率，電源3.3V,利用2596開關(guān)電源，將24V轉(zhuǎn)為3.3V,方便實(shí)用。
輸入脈沖與反饋脈沖進(jìn)行4倍頻正交解碼后計(jì)算，及時(shí)修正輸出脈沖量和頻率。
5、 應(yīng)用描述
      本電路有兩種模式，返回原點(diǎn)模式和運(yùn)行模式。當(dāng)原點(diǎn)使能開關(guān)置位時(shí)，進(jìn)入原點(diǎn)模式，反之，進(jìn)入運(yùn)行模式。
       在原點(diǎn)模式，以同步于輸入脈沖的頻率輸出脈沖，當(dāng)碰到原點(diǎn)開關(guān)后，降低輸出脈沖頻率，根據(jù)編碼器的Z信號，識別、計(jì)算坐標(biāo)原點(diǎn)。返回原點(diǎn)完成后，輸出信號。此信號及其數(shù)據(jù)在不斷電的情況下，永遠(yuǎn)保持。
     在運(yùn)行模式，以同步于輸入脈沖的頻率輸出脈沖，同時(shí)計(jì)算反饋數(shù)據(jù)，假如出現(xiàn)誤差，及時(shí)修正。另外，大慣量運(yùn)行時(shí)，加減速設(shè)置不合理的情況下，可能會及時(shí)反向修正。
6、 技術(shù)指標(biāo)
(1)輸入輸出相應(yīng)頻率：≤1M;
(2)脈沖同步時(shí)間誤差：≤10ms;(主要延誤在反向修正，不考慮反向修正，≤10us)
(3)重定位電氣精度：  ≥2/編碼器解析度×4/馬達(dá)解析度×細(xì)分）
(4)重定位原點(diǎn)電氣精度≥2/編碼器解析度×4/馬達(dá)解析度×細(xì)分）
(5)適應(yīng)PNP,NPN接口
(6)適應(yīng)伺服脈沖控制
(7)適應(yīng)各種編碼其接口
        步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動控制一旦解決上述問題，增加數(shù)百元成本的情況下可以實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制，毫不遜色于伺服系統(tǒng)。特別是其價(jià)格低廉、控制簡單、壽命長久的特點(diǎn)在某些場合，可能優(yōu)于伺服系統(tǒng)。