多功能通用步进电机驱动器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及控制设备，特别设及一种多功能通用步进电机驱动器。
【背景技术】
[0002] 目前，步进电机应用范围越来越广，在各行各业均应用，尤其是两相混合式步进电 机，由于其控制灵活，通过电流细分可W实现高精度控制，同样重量电机输出扭矩大，大有 取代S相、四相等多相步进电机的趋势。传统的在军工行业的武器系统中应用广泛，如高精 度高可靠数字阀、高精度大负载数控油缸的控制等。
[0003] 但是，具有多种细分控制方式，如可同时控制=台两相混合步进电机，具有单相全 步、两相全步、W及半步驱动方式，同时控制两台=相步进电机或一台四相步进或一台五相 步进驱动方式，能够适应多种步进电机控制需求，W及实现步进电机闭环控制，使用范围广 泛的高可靠性的通用步进电机控制器尚未有见。在步进电机应用中，还无法适应开闭环控 审IJ、极限位置控制、电流保护等安全控制功能的更高需求。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是克服传统液压油缸推进技术的缺陷，提供一种可W适应步进电机 多种细分控制需求，实现步进电机闭环控制的高可靠性的通用步进电机控制器。
[0005] 为达上述目的，本发明提供的多功能通用步进电机驱动器，包括单相驱动电路和 开关量输入信号采集电路，还包括CPU及其接口电路、多路光禪隔离电路、SSI信号采集电 路和CAN总线通讯接口电路，所述多路开关量输入信号采集电路通过各自的光禪隔离电路 与所述CPU分别相连，各SSI信号采集电路通过各自的光禪隔离电路与所述CPU与分别相 连，所述CPU通过接口电路与多路单相驱动电路分别相连，所述CPU与各CAN总线通讯接口 电路通过各自的光禪隔离电路分别相连，所述开关量输入信号采集电路采集电机控制对象 保护信号或极限到位信号，所述SSI信号采集电路采集编码器信号，所述CAN总线通讯接口 电路传输上位机的控制指令，所述CPU接收上述信号和指令并通过多路单相驱动电路步进 电机实施细分控制，所述CPU细分控制包括如下步骤：
[0006] 步骤1，读取当前工作模式配置信息；
[0007] 步骤2,调取对应数据表；
[000引步骤3,接收CAN总线数据，判断是否是控制指令，如果是，执行下一步；如果否， 重复执行本步骤；
[0009] 步骤4,启动电机控制；
[0010] 步骤5,计算控制速度和步数；
[0011] 步骤6,由数据表确定当前输出控制值并完成步间延时；
[0012] 步骤7,判断控制是否完成，如果是，返回步骤3;如果否，步数加1，返回步骤6。
[0013] 本发明提供的多功能通用步进电机驱动器，其中所述步骤5中，至少包括由CAN总 线命令，提取计算出电机转动方向、转动步数、转动速度的数据。
[0014] 本发明提供的多功能通用步进电机驱动器，其中所述单相驱动电路设有6路，分 别采用型号为LMD18245的H桥集成功率放大巧片构成。
[0015] 本发明提供的多功能通用步进电机驱动器，其中所述SSI信号采集电路设有3路， 分别采用型号为MAX490的巧片构成。
[0016] 本发明提供的多功能通用步进电机驱动器，其中所述CAN总线接口电路设有2路， 分别采用型号为PCA82C251的巧片构成。
[0017] 本发明提供的多功能通用步进电机驱动器，其中所述光禪隔离电路采用型号为 MAX490或6N137的巧片构成。
[001引本发明多功能通用步进电机驱动器的优点是；由于设置了单相驱动电路、CPU及 其接口电路、多路光禪隔离电路、开关量输入信号采集电路、SSI信号采集电路和CAN总线 通讯接口电路，实现了步进电机的多种细分控制W及特定控制对象的闭环控制，提高了控 制的可靠性，成为一种使用方便的通用步进电机控制器。
【附图说明】
[0019] 图1是本发明多功能通用步进电机驱动器中单相控制电路的原理图；
[0020] 图2是本发明多功能通用步进电机驱动器结构框图；
[0021] 图3是本发明多功能通用步进电机驱动器的控制流程图；
[0022] 图4是数字流量阀闭环控制实施例的控制框图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图详细说明本发明一种多功能通用步进电机驱动器的实施例。
[0024] 参照图1，本发明提供的多功能通用步进电机驱动器包括单相驱动电路、CPU及其 接口电路、多路光禪隔离电路、开关量输入信号采集电路、SSI信号采集电路和CAN总线通 讯接口电路。
[0025] 多路开关量输入信号采集电路通过各自的光禪隔离电路与CPU分别相连，各SSI 信号采集电路通过各自的光禪隔离电路与CPU与分别相连，CPU通过接口电路与多路单相 驱动电路分别相连，CPU与各CAN总线通讯接口电路通过各自的光禪隔离电路分别相连，开 关量输入信号采集电路采集电机控制对象保护信号或极限到位信号，SSI信号采集电路采 集编码器信号，CAN总线通讯接口电路传输上位机的控制指令。
[0026] 参照图2,单相驱动电路设有6路，分别采用美国NS公司的型号为LMD18245的H 桥集成功率放大巧片构成，实现电流方向控制值1时、电流大小控制（M4~Ml)和制动控制 炬K)。其输入电压20~30V，单相控制电流最大3A，通过M4~Ml不同组合出来的0~15 的设置值，可实现电流细分控制，包括S台两相步进电机控审ij、两台S相步进电机控制或单 台四相、五相步进电机控制。
[0027] 开关量输入信号采集电路设有6路，采用TLP521光禪实现开关量输入信号隔离及 电平转换，将24V输入信号变换为TTL5V电平信号供单片机采集。开关量输入信号性能如 下：输入高电平电压18~30VDC;输入低电平电压-1~5VDC;高电平输入电流不小于3mA。 通用开关量信号的采集，实现步进电机控制对象保护信号或极限到位信号采集等功能。
[002引SSI信号采集电路设有3路，分别采用MAXIM公司的型号为MAX490的巧片构成，可 实现编码器类信号采集，实现=路步进电机的闭环控制。
[0029] CAN总线接口电路设有2路，分别采用化ilips公司的型号为PCA82C251的巧片构 成，用于接收上位机的步进电机控制指令，两路CAN总线接口电路相互独立，实现两路CAN 总线信号的冗余输入。采用高速光禪6N137进行隔离转换，CAN总线采用与CPU隔离的5V 电源单独供电。CAN总线最高通讯速度可达IMHz。
[0030] 光禪隔离电路采用型号为MAX490或6N137的巧片构成。
[0031] 参照图3,CPU接收上述信号和指令并通过多路单相驱动电路步进电机实施细分 控制，CPU细分控制包括如下步骤：
[0032] 步骤1，读取当前工作模式配置信息；
[0033] 步骤2,调取对应数据表；
[0034] 步骤3,接收CAN总线数据，判断是否是控制指令，如果是，执行下一步；如果否， 重复执行本步骤；
[0035] 步骤4,启动电机控制；
[0036] 步骤5,计算控制速度和步数，包括由CAN总线命令，提取计算出电机转动方向、转 动步数、转动速度等数据；
[0037] 步骤6,由数据表确定当前输出控制值并完成步间延时；
[003引步骤7,判断控制是否完成，如果是，返回步骤3 ;如果否，步数加1，返回步骤6。
[0039]CPU采用单片机智能控制巧片作为核屯、器件，内置了多种控制模式，通过配置指令 可W对步进电机驱动器的当前工作模式进行配置，再通过不同的数据表实现多种控制模式 和细分控制方式，W及针对特定控制对象的极限位置控制、闭环位置反馈控制等强大功能。
[0040] 下面W几种步进电机的不同控制模式来说明本发明多功能通用步进电机驱动器 的典型实施例。
[0041] 一.两相混合式步进电机控制的实施例
[0042] 每两个单相驱动电路驱动一台步进电机，本单机可同时驱动=台步进电机，实现 多种电流细分控制。
[0043] 1)两相半步
[0044] 如表1所示为两相半步驱动数据表，可W实现单相全步 A-B-A* -B* -A-…、两相全步AB-A地一A地* 一AB* -AB-…、W及半步驱动 A-AB-B-A地一A* -A地* 一B* -AB* -A-…方式。其中A*代表A相反向通电， B*代表B相反向通电。
[0045] 表1两相半步数据表
[0046]
【主权项】
1. 一种多功能通用步进电机驱动器，包括单相驱动电路和开关量输入信号采集电路， 其特征在于：还包括CPU及其接口电路、多路光耦隔离电路、SSI信号采集电路和CAN总线 通讯接口电路，所述多路开关量输入信号采集电路通过各自的光耦隔离电路与所述CPU分 别相连，各SSI信号采集电路通过各自的光耦隔离电路与所述CPU与分别相连，所述CPU通 过接口电路与多路单相驱动电路分别相连，所述CPU与各CAN总线通讯接口电路通过各自 的光耦隔离电路分别相连，所述开关量输入信号采集电路采集电机控制对象保护信号或极 限到位信号，所述SSI信号采集电路采集编码器信号，所述CAN总线通讯接口电路传输上位 机的控制指令，所述CPU接收上述信号和指令并通过多路单相驱动电路步进电机实施细分 控制，所述CPU细分控制包括如下步骤： 步骤1，读取当前工作模式配置信息； 步骤2,调取对应数据表； 步骤3,接收CAN总线数据，判断是否是控制指令，如果是，执行下一步；如果否，重复 执行本步骤； 步骤4,启动电机控制； 步骤5,计算控制速度和步数； 步骤6,由数据表确定当前输出控制值并完成步间延时； 步骤7,判断控制是否完成，如果是，返回步骤3 ;如果否，步数加1，返回步骤6。
2. 根据权利要求1所述的多功能通用步进电机驱动器，其特征在于：其中所述步骤5 中，至少包括由CAN总线命令，提取计算出电机转动方向、转动步数、转动速度的数据。
3. 根据权利要求2所述的多功能通用步进电机驱动器，其特征在于：其中所述单相驱 动电路设有6路，分别采用型号为LMD18245的H桥集成功率放大芯片构成。
4. 根据权利要求3所述的多功能通用步进电机驱动器，其特征在于：其中所述SSI信 号采集电路设有3路，分别采用型号为MAX490的芯片构成。
5. 根据权利要求4所述的多功能通用步进电机驱动器，其特征在于：其中所述CAN总 线接口电路设有2路，分别采用型号为PCA82C251的芯片构成。
6. 根据权利要求5所述的多功能通用步进电机驱动器，其特征在于：其中所述光耦隔 离电路采用型号为MAX490或6N137的芯片构成。
【专利摘要】本发明提供了一种多功能通用步进电机驱动器，包括单相驱动电路、CPU及其接口电路、多路光耦隔离电路、开关量输入信号采集电路、SSI信号采集电路和CAN总线通讯接口电路。本发明还提供了CPU包括读取当前工作模式配置信息、调取对应数据表、接收CAN总线数据,判断是否是控制指令、启动电机控制、计算控制速度和步数、由数据表确定当前输出控制值并完成步间延时、判断控制是否完成的控制流程。本发明多功能通用步进电机驱动器的优点是：实现了步进电机的多种细分控制以及特定控制对象的闭环控制，提高了控制的可靠性，成为一种使用方便的通用步进电机控制器。
【IPC分类】H02P8-00
【公开号】CN104702183
【申请号】CN201510084769
【发明人】郝欣伟, 张燕, 宋建琦, 刘云秋, 梁财海, 张向文, 张帆, 王磊, 许进亮
【申请人】北京航天发射技术研究所, 中国运载火箭技术研究院
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年2月16日