专利名称：步进电机控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及步进电机控制器，特别是，数控线切割机床的三相四线步进电机控制器。
背景技术：
在现有技术中，数控线切割机床广泛使用步进电机，特别是三相四线步进电机作为受控驱动动力，其驱动器电路中采用限流电阻，当其供电电压为24V，相电流为2-3A时，每相工作时约有48W-70W的功率消耗在此限流电阻上，存在电能的浪费。其次，来自控制器的信号其脉冲周期变化很大，为了提高控制精度，保证步进电机不丢步，驱动器电路要提供足够大的功率余量及限制运行频率在较低水平，从而使电机转矩很小。再者，在现有技术的恒流斩波电路中，步进电机各相绕组不能接成具有公共端，这样给线切割机床驱动电源的改装和更新必须牵涉到电机全部绕组接头，从而带来不便，不适合使用三相四线制步进电机。
本发明要解决的技术问题是提供一种步进电机控制器，包括步进电机驱动电路，其克服现有技术中存在的为提高控制精度而必需使运行频率限制在较低水平，从而使转矩小等缺点，其控制器输出脉冲周期依输入脉冲的周期作渐长或渐短变化，使电机转动平滑，驱动力矩大，不丢步，提高电源利用率，提高控制速度。
发明内容
为达到以上目的，本发明的技术方案是一种步进电机控制器，包括步进电机驱动电路，电源供给电路，其特征是所述控制器包括CPU、计数器、定时器，所述CPU信号输入端与脉冲信号源连接，输出端与驱动电路连接，所述计数器对相应于正反转向的输入脉冲进行计数；所述定时器在CPU内部，其提供多种时间常数，CPU在定时器的中断服务工作中根据上述计数器的计数逐级增、减延时时间常数，调节脉冲输出。
根据本发明的另一方面的一种步进电机控制器，包括步进电机驱动电路，所述驱动电路是恒流斩波驱动电路，所述恒流斩波驱动电路为多个相同的独立电路，其个数和步进电机的相数一致，各驱动电路由同样个数互相独立的电源供电，步进电机每个相绕组接入一个所述驱动电路的功放电路中，步进电机各绕组端头之一互相连接在一起。
一种步进电机控制器，包括步进电机驱动电路，电源供给电路，其特征是所述控制器包括CPU、计数器、定时器，所述CPU信号输入端与脉冲信号源连接，输出端与驱动电路连接，所述计数器对相应于正反转向的输入脉冲进行计数；所述定时器在CPU内部，其提供多种时间常数，CPU在定时器的中断服务工作中根据上述计数器的计数逐级增、减延时时间常数，调节脉冲输出；所述多种时间常数由长到短排列，并给予相应的从小到大的指针值，所述计数器的计数值对应于输入和输出的脉冲差，CPU比较所述指针值对计数器的计数值的大或小，选择减或增所述指针值；所述驱动电路是恒流斩波驱动电路，所述恒流斩波驱动电路为多个相同的独立电路，其个数和步进电机的相数一致，各驱动电路由同样个数互相独立或单一电源供电，步进电机每个相绕组接入一个所述驱动电路的功放电路中，步进电机各绕组端头之一互相连接在一起；所述恒流斩波驱动电路中的电流检测和控制电路，包括由运算放大器构成的施密特电路作电压比较器、及与门电路，所述电压比较器的两输入端分别输入表示绕组电流的取样电压和表示设定电流值的预设定电压；所述恒流斩波驱动电路中的功放电路包括第一(QA1)和第二(QA2)开关管，取样电阻(RA1)和一相绕组(LA)串联组成。
本发明的效果是输入的脉冲经控制器处理后输出给恒流斩波驱动三相四线步进电机，使步进电机的转动平滑，驱动力矩大，保证步进电机不丢步，提高电源利用率，提高控制速度。
图1是本发明实施例的电路图。
图2是本发明实施例中控制器的主控工作流程图。
图3是本发明实施例中控制器的中断、服务工作流程图。
具体实施例方式
以下将结合附图详细描述实施例。
图1是本发明控制器实施例具体电路图，该电路图中包括步进电机驱动电路。在本例中驱动电路驱动三相四线反应式步进电机，包括三个独立的相同的等电压源UA、UB、UC，给相互独立的三个恒流斩波驱动电路供电。该三组电源不设公共接点，输出约24V。LA、LB、LC是步进电机的三组相绕组，由于斩波电路互相独立，没有电的连接点，所以步进电机可以有公共接点0，适用于三相四线制步进电机。
下面以控制步进电机A相绕组LA为例说明斩波驱动电路的工作斩波驱动电路包括功放电路、控制电路的电流检测和控制电路，功放电路由第二开关管QA2、步进电机一相绕组LA、第一开关管QA1和电流取样电阻RA1串联连接组成，不设限流电阻。而电流检测和控制电路包括由运算放大器ICA2和RA9组成的施密特电路作电压比较，及作电流检测和输出控制信号，ICA1是与门电路，QA3为第二开关管的前置级。具体的工作过程如下第一开关管QA1可用达林顿管或VMOS管，第二开关管QA2为PNP的达林顿管，DA2为续流二极管，DA1在QA1关闭时将线圈释放的电能向电源放电回收，RA1为电流取样电阻，RAW为电流设定电位器，ICA2和电阻RA9构成施密特电路。当光电耦合管OA1无信号时，其接收管为开路状态，开关管QA1没有正向偏置而关闭，与门集成块ICA1的P2脚为低电平，P3脚输出为低电平，QA3工作在截止区，QA2也工作在截止区。因此线圈LA中没有电流。当OA1有输入时，其接收管为导通状态，ICA1的P2脚为高电平，开关管QA1得到正向偏置电流，QA1导通。QA1刚导通时，取样电阻RA1电压为0 V，运算放大器ICA2集成P3脚已接有设定电压，P3脚高于P2脚电平，P1脚输出高电平，即ICA1的P1脚为高，P2脚已为高，因而P3脚输出高电平，QA3得到正偏置而导通，QA2也导通，LA线圈电流上升，RA1上电流上升，同时，集成ICA2的P2脚电位上升，当P2脚电位高于P3脚时，施密特电路翻转，P1脚输出低电平，与门ICA1集成块的P3脚输出低电平，QA3截止，QA2也截止，截止后，电机线圈LA中已具有的磁能量通过DA2、LA和QA1继续放电而续流，电流开始下降，取样电位下降，即ICA2集成块P2脚电位下降，当低于P3脚电位时，施密特电路翻转，QA2导通，电源又向LA供电，周而复始，就这样完成恒流斩波驱动的过程。当OA1无输入信号时，QA1、QA2关闭，线圈中的磁能量通过DA2和DA1向电源放电回收。LA绕组驱动电路具有独立电源，输入信号隔离，因而和LB绕阻驱动电路和LC绕阻驱动电路没有公共接点，相互隔离，因此三电路取各绕组的一端作为公共接点端，对整个电路的工作毫不影响。
现在描述控制器的工作。
脉冲源的三相信号A、B、C输入CPU，该信号其脉冲周期是多变的，在CPU内设带符号计数器D将此脉冲给以计数，并在CPU开通定时器，定时器设多档延时时间常数，延时时间由长到短，本实施例中设16档，时间常数指针取0-15，延时时间常数取0.02S-0.7MS之间。主程序中断期间根据计数器D的值选定延时时间常数，输出三相六拍的脉冲，同时计数器D反计数。当计数器D绝对值等于指针值，指针不变，选定的时间常数不变。当指针值大于计数器D的计数绝对值，将指针值减1，增大时间常数减缓输出速率，反之，当指针值小于计数绝对值时，将指针值加1，减小时间常数加快输出。这样，步进电机的工作频率为50-1428HZ，随输入脉冲的快慢而逐级渐加速或渐减速转动，转动平稳，不丢步。
CPU控制器的工作流程见图2、3。
图2表示CPU主程序控制流程，图3表示其定时器中断的服务程序流程。
参见图2，CPU判断是否存在A、B、C信号(S1)，是否存在转动信号(S2)，判断其正、反转(S3)，当正转时，每输入一个脉冲，计数器加1，并启动定时器，及跳转到执行S1程序。反转时，计数器减1并启动定时器，及跳转到执行S1程序。
中断、服务程序是CPU定时器到时，中断主程序，运行中断服务程序，其工作过程流程图见图3。首先CPU判断计数器D的计数值为零时(S10)，表示没有输入脉冲，程序返回主程序。否则，比较延时设置的指针和计数值的绝对值(S20)，存在三种情况，相等时，指针不变，指针值小时，应加快输出，指针加1(S201)，指针值大时，则相反，指针减1，以减慢输出速率(S202)。随后按指针值选定延时时间常数(S30)，CPU判断计数值的正、负，即判断转向正、反(S40)，当计数值为正时输出一个正向旋转脉冲信号，将计数器D的计数值减1(S41)，然后返回主程序。当判断转向为负时，输出一个反的旋转脉冲信号后，将计数器的计数值加1(S42)，然后返回主程序。
经过以上过程后，输出脉冲随时以适宜的速率跟踪输入信号，步进电机以逐级渐加速或渐减速地稳定、平滑转动，保证加工精度。
按钮K1、K2的动作，通过CPU检测，在无A、B、C脉冲输入时有效，此时输出渐加速转动信号，例如输出从500HZ至10000HZ顺或逆(正或反)三相六拍信号，供步进电机快转，快速移动工作台面。
权利要求
1.一种步进电机控制器，包括步进电机驱动电路，电源供给电路，其特征是所述控制器包括CPU、计数器、定时器，所述CPU信号输入端与脉冲信号源连接，输出端与驱动电路连接，所述计数器对相应于正反转向的输入脉冲进行计数；所述定时器在CPU内部，其提供多种时间常数，CPU在定时器的中断服务工作中根据上述计数器的计数逐级增、减延时时间常数，调节脉冲输出。
2.根据权利要求1所述的控制器，其特征是所述多种时间常数由长到短排列，并给予相应的从小到大的指针值，所述计数器的计数值对应于输入和输出的脉冲差，CPU比较所述指针值对计数器的计数值的大或小，选择减或增所述指针值。
3.根据权利要求1或2所述的控制器，其特征是所述驱动电路是恒流斩波驱动电路，所述恒流斩波驱动电路为多个相同的独立电路，其个数和步进电机的相数一致，各驱动电路由同样个数互相独立的电源供电，步进电机每个相绕组接入一个所述驱动电路的功放电路中，步进电机各绕组端头之一互相连接在一起。
4.根据权利要求1所述的控制器，其特征是所述驱动电路是恒流斩波驱动电路，步进电机每个相绕组接入一个所述驱动电路的功放电路中。
5.根据权利要求3所述的控制器，其特征是所述步进电机是三相反应式步进电机，引出线为三相四线。
6.根据权利要求3所述的控制器，其特征所述恒流斩波驱动电路中的电流检测和控制电路，包括由运算放大器构成的史密特电路作电压比较器、及与门电路，所述电压比较器的两输入端分别输入表示绕组电流的取样电压和表示设定电流值的预设定电压。
7.根据权利要求3或4所述的控制器，其特征是所述恒流斩波驱动电路中的功放电路包括第一(QA1)和第二(QA2)开关管、取样电阻(RA1)和一相绕组(LA)串联组成。
全文摘要
一种步进电机控制器，用于驱动步进电机，包括CPU、计数器、定时器，所述计数器对相应于正反转向的输入脉冲进行计数；所述定时器提供多种时间常数，CPU在定时器的中断服务工作中根据上述计数器的计数逐级增、减延时时间常数，调节脉冲输出。所述驱动电路为恒流斩波驱动电路。本控制器使步进电机的转动平滑，驱动力矩大，保证步进电机不丢步，提高电源利用率，提高控制速度。
文档编号H02P8/14GK1564455SQ200410030819
公开日2005年1月12日 申请日期2004年4月7日 优先权日2004年4月7日
发明者何伟斌 申请人:何伟斌