專(zhuān)利名稱(chēng)：一種帶有多工作模式的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置，尤其是涉及一種帶有多工作模式的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械角位移的控制元件，即給步進(jìn)電機(jī)一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)就轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，由于步進(jìn)電機(jī)控制簡(jiǎn)單，方便易用，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但目前普遍使用的步進(jìn)電機(jī)并不能像普通的直流 電機(jī)，交流電機(jī)可在多種模式下工作。它的工作模式較單一，通常就是工作在脈沖/方向控制方式下，必須由脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專(zhuān)業(yè)知識(shí)。同時(shí)由于其使用的工作模式較為單一，給諸多應(yīng)用帶來(lái)了不便甚至限制了其在不少場(chǎng)合下的應(yīng)用。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種帶有多工作模式的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置。本實(shí)用新型的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)一種帶有多工作模式的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，該步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置包括I/o接口、通信接口、電源、供電模塊、外設(shè)、功率模塊、步進(jìn)電機(jī)和控制芯片，所述的控制芯片分別與I/o接口、通信接口、供電模塊、外設(shè)、功率模塊連接，所述的電源分別與供電模塊、功率模塊連接，所述的功率模塊與步進(jìn)電機(jī)連接；所述的控制芯片為支持多種工作模式的控制芯片。所述的通信接口包括RS232、RS485、CANOpen和Ethernet接口，所述的外設(shè)包括相互連接的電壓轉(zhuǎn)換模塊和光電隔離模塊。所述的多種工作模式包括力矩模式、速度模式、位置模式、總線式通信控制模式和可編程智能運(yùn)行模式。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型能支持多種工作模式，包括力矩模式、速度模式、位置模式、總線式通信控制模式及可編程智能運(yùn)行模式，且在各個(gè)工作模式下還可設(shè)定指定的I/o功能，極大的豐富了步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置的功能及應(yīng)用范圍，擴(kuò)展了步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合。

圖I為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實(shí)用新型的軟件功能框圖；[0012]圖3為后臺(tái)程序流程圖；圖4為PWM周期中斷處理流程圖；圖5為掉電欠壓中斷處理流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。如圖I所示，帶有多工作模式的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)裝 置包括I/O接口 I、通信接口 2、電源3、供電模塊4、外設(shè)5、功率模塊6、步進(jìn)電機(jī)7和控制芯片8，所述的控制芯片8分別與I/O接口 I、通信接口 2、供電模塊4、外設(shè)5、功率模塊6連接，所述的電源3分別與供電模塊4、功率模塊6連接，所述的功率模塊6與步進(jìn)電機(jī)7連接；其中的控制芯片8內(nèi)嵌的固件功能模塊包括通信模塊C、命令解析模塊b、電機(jī)控制模塊a和報(bào)警與保護(hù)模塊d，所述的電機(jī)控制模塊a通過(guò)命令解析模塊b與通信模塊c連接，所述的電機(jī)控制模塊a和報(bào)警與保護(hù)豐旲塊d連接；所述的通信模塊c負(fù)責(zé)所述的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置與上位控制器的通信；命令解析模塊b負(fù)責(zé)解析通信模塊獲取的數(shù)據(jù)或指令，并返回相應(yīng)的數(shù)據(jù)；電機(jī)控制模塊a實(shí)現(xiàn)電機(jī)在指定的工作模式下的運(yùn)行控制，并支持多種工作模式控制算法；報(bào)警與保護(hù)模塊d實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置的工作狀況并提供報(bào)警和保護(hù)功能。其中，通信模塊用于同上位機(jī)或是通信中斷的通信，命令解析模塊可用來(lái)配置或是讀取步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置的參數(shù)、工作模式、I/O功能、在線編程等，報(bào)警模塊可對(duì)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并提供錯(cuò)誤報(bào)警，保護(hù)模塊用于對(duì)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置提供掉電、過(guò)壓、欠壓、過(guò)溫、限位等狀況下的保護(hù)，電機(jī)控制模塊可使電機(jī)在指定的工作模式下運(yùn)行，設(shè)有多種控制單元，包括電流環(huán)閉環(huán)控制單元、速度環(huán)閉環(huán)控制單元、位置環(huán)閉環(huán)控制單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、濾波單元、軌跡平滑單元、運(yùn)動(dòng)軌跡生成單元、指令存儲(chǔ)及讀取單元，還支持力矩模式、速度模式、位置模式、總線式通信控制模式、可編程智能運(yùn)行模式這五種控制模式，且各工作模式之間可實(shí)現(xiàn)在線切換。在力矩模式下，電機(jī)的輸出為所需的力矩，電機(jī)控制模塊調(diào)用電流環(huán)閉環(huán)控制單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、濾波單元，包括模擬量參考輸入方式和用戶(hù)指令輸入方式這兩種控制方式，模擬量參考輸入方式允許用戶(hù)設(shè)定輸出力矩/模擬輸入電壓比例、模擬電壓偏置值及死區(qū)值，用戶(hù)指令輸入方式允許用戶(hù)使用電機(jī)所支持的指令通過(guò)RS232、RS485、CAN總線、以太網(wǎng)等通信方式直接設(shè)定輸出力矩大小。在速度模式下，電機(jī)按照所設(shè)定的速度運(yùn)行，電機(jī)控制模塊調(diào)用電流環(huán)閉環(huán)控制單元、速度環(huán)閉環(huán)控制單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、濾波單元，包括模擬量參考輸入方式和固定速度運(yùn)行方式這兩種控制方式，兩種方式下都支持加減速度的設(shè)定，模擬量參考輸入方式允許用戶(hù)設(shè)定運(yùn)行速度/模擬輸入電壓比例、模擬電壓偏置值及死區(qū)值，固定速度運(yùn)行方式可使電機(jī)直接按用戶(hù)設(shè)定的速度值運(yùn)行。在位置模式下，電機(jī)可轉(zhuǎn)動(dòng)到所指定的絕對(duì)距離或相對(duì)距離，電機(jī)控制模塊調(diào)用電流環(huán)閉環(huán)控制單元、速度環(huán)閉環(huán)控制單元、位置環(huán)閉環(huán)控制單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、濾波單元、軌跡平滑單元，包括模擬量參考輸入方式和脈沖輸入方式兩種控制方式，模擬量參考輸入方式允許用戶(hù)設(shè)定運(yùn)行步數(shù)/模擬輸入電壓比例，模擬電壓偏置值及死區(qū)值，脈沖輸入方式允許用戶(hù)使用脈沖方式控制電機(jī)，同時(shí)又支持脈沖/方向信號(hào)、正向脈沖/反向脈沖信號(hào)和正交脈沖信號(hào)三種脈沖信號(hào)的輸入。在總線式通信控制模式，電機(jī)控制模塊調(diào)用電流環(huán)閉環(huán)控制單元、速度環(huán)閉環(huán)控制單元、位置環(huán)閉環(huán)控制單元、濾波單元、運(yùn)動(dòng)軌跡生成單元，用戶(hù)可使用上位機(jī)或是控制板卡通過(guò)RS232、RS485、CAN總線、以太網(wǎng)等通信方式調(diào)用電機(jī)所支持的指令。在可編程智能運(yùn)行模式下，電機(jī)控制模塊調(diào)用電流環(huán)閉環(huán)控制單元、速度環(huán)閉環(huán)控制單元、位置環(huán)閉環(huán)控制單元、濾波單元、運(yùn)動(dòng)軌跡生成單元、指令存儲(chǔ)及讀取單元，用戶(hù)可使用上位機(jī)軟件將電機(jī)支持的一系列控制指令固化到電機(jī)驅(qū)動(dòng)內(nèi)部自帶的FLASH中，電機(jī)即可按照所編寫(xiě)的指令自動(dòng)運(yùn)行。以上幾種工作模式均支持I/O功能的設(shè)定，包括使能電機(jī)、限位輸入、啟動(dòng)/停止 運(yùn)行、標(biāo)識(shí)內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)、條件性的輸入輸出等等。如圖3所示，后臺(tái)程序的流程有如下步驟I)開(kāi)始階段，初始化主控芯片和系統(tǒng)變量；2)系統(tǒng)判斷是否有指令輸入，若是，則進(jìn)入步驟3)，否則進(jìn)入步驟4)；3)命令解析模塊對(duì)接收到的指令進(jìn)行解析和預(yù)處理，并發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)；4)后臺(tái)狀態(tài)機(jī)更新并處理相關(guān)指令；5)系統(tǒng)顯示運(yùn)行狀態(tài)及報(bào)警，進(jìn)入步驟2)。圖4、圖5是中斷處理流程圖，PWM周期中斷處理流程的步驟如下a)中斷初始化以及變量處理；b)系統(tǒng)獲取當(dāng)前反饋位置；c)平滑自適應(yīng)技術(shù)控制算法模塊對(duì)位置進(jìn)行補(bǔ)償，濾波放大器進(jìn)行平滑濾波；d)電機(jī)控制模塊對(duì)電流環(huán)進(jìn)行相應(yīng)處理；e)電機(jī)控制模塊更新PWM;f)命令解析模塊獲取并處理相關(guān)指令；g)電機(jī)控制模塊進(jìn)行速度環(huán)處理；h)電機(jī)控制模塊進(jìn)行位置環(huán)處理；i)系統(tǒng)查詢(xún)I/O狀態(tài)；j)中斷狀態(tài)機(jī)處理并更新；k)系統(tǒng)退出中斷。保護(hù)模塊用于對(duì)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置提供掉電、過(guò)壓、欠壓、過(guò)溫、限位等狀況下的保護(hù)，圖5提供了在掉電欠壓中斷的處理流程，在有中斷進(jìn)入時(shí)，進(jìn)入掉電保護(hù)處理并退出中斷。
權(quán)利要求1.一種帶有多工作模式的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，該步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置包括I/o接口(I)、通信接口⑵、電源(3)、供電模塊(4)、外設(shè)(5)、功率模塊(6)、步進(jìn)電機(jī)(7)和控制芯片(8)，所述的控制芯片(8)分別與I/O接口(I)、通信接口(2)、供電模塊(4)、外設(shè)(5)、功率模塊(6)連接，所述的電源(3)分別與供電模塊(4)、功率模塊(6)連接，所述的功率模塊(6)與步進(jìn)電機(jī)(7)連接；所述的控制芯片(8)為支持多種工作模式的控制芯片。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種帶有多工作模式的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，所述的通信接口(2)包括RS232、RS485、CAN0pen和Ethernet接口，所述的外設(shè)(5)包括相互連接的電壓轉(zhuǎn)換模塊和光電隔離模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種帶有多工作模式的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，所述的多種工作模式包括力矩模式、速度模式、位置模式、總線式通信控制模式和可編程智能運(yùn)行模式。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種帶有多工作模式的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置，該步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置包括I/O接口(1)、通信接口(2)、電源(3)、供電模塊(4)、外設(shè)(5)、功率模塊(6)、步進(jìn)電機(jī)(7)和控制芯片(8)，所述的控制芯片(8)分別與I/O接口(1)、通信接口(2)、供電模塊(4)、外設(shè)(5)、功率模塊(6)連接，所述的電源(3)分別與供電模塊(4)、功率模塊(6)連接，所述的功率模塊(6)與步進(jìn)電機(jī)(7)連接；所述的控制芯片(8)為支持多種工作模式的控制芯片。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型能支持多種工作模式，且在各個(gè)工作模式下還可設(shè)定指定的I/O功能，極大的豐富了步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置的功能及應(yīng)用范圍。
文檔編號(hào)H02P8/00GK202503468SQ201220050068
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月16日
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