一种微位移控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子技术仪器仪表领域，具体涉及一种微位移控制系统。
【背景技术】
[0002]微位移控制系统是一种集机械、光学、电子和计算机等多种技术于一体的智能化仪器。在先进制造技术与科学研究中有着极其广泛的应用，也是现代工业检测、质量控制和制造技术中不可或缺的测量设备。微位移控制系统一般由微定位机构、微位移检测装置和控制器组成。控制器是微位移系统的指挥中心，它按照一定的控制算法控制微定位平台，使其按照一定的规律运动，来实现精确定位。
[0003]传统的三维微位移控制系统一般采用步进电机驱动滚珠丝杠来实现定位。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即每施加一个脉冲信号，电机就转动一个步距角，因此脉冲数与电机转动的总步进角度是呈线性关系的。另外，步进电机只有周期性的误差而无累积误差，使得在速度、位置等控制领域用步进电机控制变得非常简单。步进电机开环控制系统主要优点是结构简单，在控制精度要求不高的场合应用较为广泛，但是在实际应用中，若步进电机升、降速控制不合理，会造成步进电机丢步或过冲；在开环控制系统中，由于步进电机丢步现象的存在，无法获知它是否精确地到达了预定位置，也就无法实现高精度的定位。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本发明旨在提出一种利用光栅传感器的输出作为微位移控制系统的位置反馈信号，实现闭环控制的微位移控制系统。
[0005]本发明的技术方案在于:
一种微位移控制系统，由PC机、单片机主控单元、单片机控制系统外部电路、微位移定位机构、限位开关、光栅传感器以及显示电路组成；其中，单片机控制系统外部电路、PC机与显示电路均连接单片机主控单元；微位移定位机构与单片机之间通过并联的步进电机驱动器、光栅传感器以及限位开关连接。
[0006]优选地，所述的单片机控制系统外部电路由分别与单片机主控单元连接的串口电路、电源电路、时钟电路、复位电路以及显示电路组成。
优选地，所述的光栅传感器分辨率为lum，自带读数头，可直接输出TTL电平或正弦波信号，为信号处理和与控制系统连接提供了便利。
[0007]优选地，所述的步进电机驱动器采用THB7128芯片。
[0008]或者优选地，所述的微位移定位机构采用电动平移台，并由步进电机驱动滚珠丝杠进行定位，重复定位精度可达3um。
[0009]或者优选地，所述的步进电机驱动器采用双全桥MOSFET驱动，带有自动半流锁定功能，内置混合式衰减模式；内置输入下拉电阻；内助温度保护及过流保护。
[0010]更优选地，所述的串口电路采用RS232进行串行通信。
[0011]本发明的技术效果在于:
本发明STM32F103VCT6单片机控制系统产生相应的控制信号，并通过步进电机带动滚珠丝杠完成规定的动作。同时通过处理位置反馈信号来判断运动是否到位，使三维微位移系统的运动精度大大提高，而且步进电机采用升、降速控制，避免了步进电机的直接启动与急停，大大改善了步进电机的平稳性，而且输出功率频率可以在20KHz以内调节，具有很宽的速度范围，具有很强的适应性。
【附图说明】
[0012]图1为本发明一种微位移控制系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]一种微位移控制系统，由PC机、单片机主控单元、单片机控制系统外部电路、微位移定位机构、限位开关、光栅传感器以及显示电路组成；其中，单片机控制系统外部电路、PC机与显示电路均连接单片机主控单元；微位移定位机构与单片机之间通过并联的步进电机驱动器、光栅传感器以及限位开关连接。
[0014]其中，单片机控制系统外部电路由分别与单片机主控单元连接的串口电路、电源电路、时钟电路、复位电路以及显示电路组成。光栅传感器分辨率为lum，自带读数头，可直接输出TTL电平或正弦波信号，为信号处理和与控制系统连接提供了便利。步进电机驱动器采用THB7128芯片。微位移定位机构采用电动平移台，并由步进电机驱动滚珠丝杠进行定位，重复定位精度可达3um。步进电机驱动器采用双全桥MOSFET驱动，带有自动半流锁定功能，内置混合式衰减模式；内置输入下拉电阻；内助温度保护及过流保护。串口电路采用RS232进行串行通信。
[0015]为实现三维工作台的精确定位，系统采用步进电机闭环控制系统。系统中，利用光栅传感器的输出作为微位移控制系统的位置反馈信号，实现闭环控制。光栅传感器的分辨率为lum，自带读数头，可直接输出TTL电平或正弦波信号，为信号处理和与控制系统连接提供了便利。控制系统通过光栅传感器反馈信号来判断是否达到了预定位置，进而做出相应的调整动作。从而达到精确定位的目的。
【主权项】
1.一种微位移控制系统，其特征在于:由PC机、单片机主控单元、单片机控制系统外部电路、微位移定位机构、限位开关、光栅传感器以及显示电路组成；其中，单片机控制系统外部电路、PC机与显示电路均连接单片机主控单元；微位移定位机构与单片机之间通过并联的步进电机驱动器、光栅传感器以及限位开关连接。2.如权利要求1一种微位移控制系统，其特征在于:所述的单片机控制系统外部电路由分别与单片机主控单元连接的串口电路、电源电路、时钟电路、复位电路以及显示电路组成。3.如权利要求1一种微位移控制系统，其特征在于:所述的光栅传感器分辨率为1_，自带读数头，可直接输出TTL电平或正弦波信号，为信号处理和与控制系统连接提供了便利。4.如权利要求1一种微位移控制系统，其特征在于:所述的步进电机驱动器采用THB7128 芯片。5.如权利要求1一种微位移控制系统，其特征在于:所述的微位移定位机构采用电动平移台，并由步进电机驱动滚珠丝杠进行定位，重复定位精度可达3_。6.如权利要求4一种微位移控制系统，其特征在于:所述的步进电机驱动器采用双全桥MOSFET驱动，带有自动半流锁定功能，内置混合式衰减模式；内置输入下拉电阻；内助温度保护及过流保护。7.如权利要求2—种微位移控制系统，其特征在于:所述的串口电路采用RS232进行串行通信。
【专利摘要】本发明涉及电子技术仪器仪表领域，具体涉及一种微位移控制系统。一种微位移控制系统，由PC机、单片机主控单元、单片机控制系统外部电路、微位移定位机构、限位开关、光栅传感器以及显示电路组成；其中，单片机控制系统外部电路、PC机与显示电路均连接单片机主控单元；微位移定位机构与单片机之间通过并联的步进电机驱动器、光栅传感器以及限位开关连接。本发明使三维微位移系统的运动精度大大提高，而且步进电机采用升、降速控制，避免了步进电机的直接启动与急停，大大改善了步进电机的平稳性，而且输出功率频率可以在20KHz以内调节，具有很宽的速度范围，具有很强的适应性。
【IPC分类】G05B19/042
【公开号】CN105629813
【申请号】CN201410598326
【发明人】王耀斌
【申请人】陕西盛迈石油有限公司
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2014年10月31日