专利名称：具有升降速控制功能的步进电机驱动装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种步进电机的驱动装置。
目前，对步进电机的升降速控制有软件实现和硬件实现两种方法，软件方法能够实现复杂的升降速控制，并能够根据需要选择多种升降速曲线，然而，如果步进电机经常变换运动形式，并需要频繁启停，由软件进行升降速控制必然要占用大量的程序空间，并使软件设计复杂化。特别是对于多台步进电机联动运行的情形，软件的处理更为困难。在没有微处理机参与控制时，用硬件进行升降速控制是唯一的选择，硬件升降速电路能够独立工作，因而即使有微处理机的系统，一般也希望能够有独立的硬件升降速控制电路，以便减轻软件的工作量。由此可见，象大多数伺服驱动系统一样，步进电机的升降速控制最好由硬件实现，除非对步进电机有特殊的运动要求。硬件的升降速控制，目前主要有两类，一类是利用V/F和F/V变换，在两者中间串入一个缓冲环节(
图1)，另外一种则是利用可逆计数器、D/A变换器和VFO电路，组成一个脉冲反馈系统(图2)，前者的特点是结构简单，线性较好，但V/F变换电路的价格较高，且零点调整需要双电源；后者的电路要复杂些，可以实现位置跟踪，但通常频率响应范围较窄。
本实用新型的目的是提供一种具有升降速控制功能的步进电机驱动装置，该装置用CMOS锁相环来实现步进电机的升降速控制，性能可靠，简单实用，总体性能明显优于上述两种结构。
本实用新型的技术方案是一种具有升降速控制功能的步进电机驱动装置，包括驱动器，所述驱动器前设有升降速控制装置和功能选择开关。
本实用新型进一步的技术方案是一种具有升降速控制功能的步进电机驱动装置，包括驱动器，所述驱动器前设有升降速控制装置和功能选择开关；所述升降速控制装置由锁相环电路、滤波电路以及反馈电路组成。
本实用新型另一种的技术方案是一种具有升降速控制功能的步进电机驱动装置，包括驱动器，所述驱动器前设有升降速控制装置和功能选择开关；所述升降速控制装置由锁相环电路、滤波电路以及反馈电路组成；所述锁相环电路的输入端和反馈电路的输入端设有频率/相位变换电路。
用锁相环实现步进电机自动升降速控制的基本原理，是将频率信号转换为相位信号，再利用锁相环的频率自动跟踪作用，完成频率跟踪，升降速时间可由滤波电路来调整；其中锁相环可以应用CMOS电路CD4046，它的电路结构和功能参见[1]电子工业出版社，1996年出版的《标准集成电路数据手册-CMOS4000系列电路》；[2]上海科学技术出版社，1985年出版的王国定编著的《CMOS模拟集成电路的应用》；其中VCO的工作频率可达500KHz以上，其主要应用为通信与计算机接口领域。
本实用新型的优点是结构简单，实用可靠，性能明显优于现有技术中的两种结构。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述图1和图2为现有技术的原理图；图3为本实用新型的原理图；图4为实施例一的原理图；图5为实施例二的原理图；图6为升降速控制装置的电路原理图；其中1．驱动器；2．升降速控制装置；3．功能选择开关；4．锁相环电路；5．滤波电路；6．反馈电路；7．频率/相位变换电路。
实施例一如图3、图4所示，一种具有升降速控制功能的步进电机驱动装置，包括驱动器(1)，所述驱动器(1)前设有升降速控制装置(2)和功能选择开关(3)；所述升降速控制装置(2)由锁相环电路(4)、滤波电路(5)以及反馈电路(6)组成；实施例二如图3、图5所示，一种具有升降速控制功能的步进电机驱动装置，包括驱动器(1)，所述驱动器(1)前设有升降速控制装置(2)和功能选择开关(3)；所述升降速控制装置(2)由锁相环电路(4)、滤波电路(5)以及反馈电路(6)组成；所述锁相环电路(4)的输入端和反馈电路(6)的输入端设有频率/相位变换电路(7)。
用锁相环实现步进电机自动升降速控制的基本原理，是将频率信号转换为相位信号，再利用锁相环的频率自动跟踪作用，完成频率跟踪，升降速时间可由滤波电路来调整；其中锁相环可以应用CMOS电路CD4046,CD4046有两种工作方式，即使用比较器Ⅰ和使用比较器Ⅱ的工作方式，比较器Ⅰ为异或门比较，比较器Ⅱ为边沿触发比较，两种工作方式的工作性能与参数设计均有很大的不同，相对来说，前者锁定的范围大，且能锁定谐波，噪声容限高，但对于步进电机的升降速控制来说，要求输入频率为零时输出频率也为零，而使用比较器Ⅰ时无法做到这一点，因此只能使用比较器Ⅱ，通过将VCO的外围器件R2设置为无穷大(开路)，可使Fmin=0，而无输入信号时，比较器输出为高阻态，VCO输出等于Fmin。CD4046对于滤波器的要求并不严格，对于一般的应用，可以采用普通一阶滞后滤波器，对于高频段的应用可以采用二阶滤波器以提高响应速度。实际上，锁相环电路(4)具有很强的频率跟踪能力，即便使用很大的滞后参数也不会失锁，而频率/相位变换电路仅仅起到一个延迟作用，加大了系统的响应时间，不利于系统的跟踪响应，因此可以去掉，经过试验，表明这样做是完全可行的，用CD4046构成的实际应用电路如图5所示，图5的应用电路是一个频率跟踪电路，如果需要进行位置跟踪，只需再增加一个位置反馈电路即可。
在图6中，如果输入信号的频率从0突然上升到较高的频率(例如10KHz)，在锁相环电路CD4046的比较器输出端(13号引脚)会输出一个相位差信号，通过滤波电路(5)后加在VCO输入端(9号引脚)，如果滤波电路(5)的时间常数比较小，VCO输出端的信号会在很短的时间内上升至输入信号频率，这就是锁相环的频率跟踪作用，如果滤波电路(5)的时间常数取大些，则VCO输出端的信号会有一个较慢的变化过程，使输出信号逐渐上升到输入信号频率，从而起到缓冲和平滑作用，避免了步进电机因转速突然变化造成失步。调整滤波电路(5)的时间常数可以改变频率跟踪速度，从而获得不同的平滑效果。
权利要求1．一种具有升降速控制功能的步进电机驱动装置，包括驱动器(1)，其特征在于所述驱动器(1)前设有升降速控制装置(2)和功能选择开关(3)。
2．根据权利要求1所述的具有升降速控制功能的步进电机驱动装置，其特征在于所述升降速控制装置(2)由锁相环电路(4)、滤波电路(5)以及反馈电路(6)组成。
3．根据权利要求2所述的具有升降速控制功能的步进电机驱动装置，其特征在于所述锁相环电路(4)的输入端和反馈电路(6)的输入端设有频率/相位变换电路(7)。
专利摘要本实用新型公开了一种具有升降速控制功能的步进电机驱动装置,包括驱动器,所述驱动器前设有升降速控制装置和功能选择开关;所述升降速控制装置由锁相环电路、滤波电路以及反馈电路组成;所述锁相环电路的输入端和反馈电路的输入端设有频率/相位变换电路。该装置用CMOS锁相环来实现步进电机的升降速控制,结构简单,实用可靠,性能明显优于现有技术中的两种结构。
文档编号H02P8/14GK2349722SQ9822381
公开日1999年11月17日 申请日期1998年4月21日 优先权日1998年4月21日
发明者王富东 申请人:王富东