专利名称：一种步进电机驱动反馈信号滤波电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种步进电机驱动反馈信号滤波电路，能够在步进电机运行于不同速度时对驱动反馈信号进行鲁棒滤波，应用于步进电机闭环控制领域。
背景技术：
步进电机是一种将电脉冲信号转化为角位移的传动执行部件。以步进电机为执行部件的数控系统主要由控制计算机、步进脉冲产生装置、步进电机驱动器以及步进电机等组成。在实际工程应用中，通过将电机驱动信号反馈至控制计算机，可实现整个数控传动系统的闭环控制，并可为系统运行故障诊断提供可靠依据。目前，基于电流斩波技术的步进电机驱动器可实现对励磁绕组电流的精确控制，具备转矩输出均匀，以及电机抖动小等优点，已广泛地应用于各种控制场合。电流斩波技术的采用导致电机励磁绕组驱动电压信号呈现振荡状态，且波形振荡状态随电机运行速率的变化呈现出较大的差异。如何有效地对步进电机驱动电压反馈信号进行滤波整形，是实现数控系统闭环控制和自动故障诊断的关键。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是:提供一种采用变频采样技术的步进电机驱动反馈信号滤波电路，实现在电机运行于不同转动速率时对电机驱动反馈信号的鲁棒滤波。本实用新型包括如下技术方案:一种步进电机驱动反馈信号滤波电路，所述滤波电路包括变频采样点产生电路、采样值环形缓存模块、滤波窗口采样值统计逻辑模块和滞回输出逻辑模块；变频采样点产生电路根据步进电机驱动频率信号产生采样点信号；采样值环形缓存模块在采样点信号的控制下对步进电机驱动反馈信号进行采样获得反馈信号采样值，记录所述反馈信号采样值并输出环形缓存移出值，采样值环形缓存模块的记录深度与滤波窗口宽度一致；滤波窗口采样值统计逻辑模块根据环形缓存移出值和当前步进电机驱动反馈信号更新滤波窗口采样值统计值；滞回输出逻辑模块利用门限值与滤波窗口采样值统计值进行比较输出滤波结果。所述变频采样点产生电路包括第一加法器、第一寄存器和第二寄存器；步进电机驱动频率信号作为第一加法器输入，第一加法器输出的累加和经第一寄存器寄存后又输出至第一加法器，第一加法器的进位信号经第二寄存器寄存一拍后，作为采样点信号输出。采样值环形缓存模块包括第三寄存器、第四寄存器、第二加法器和单口 RAM ;采样点信号经第三寄存器寄存一拍后输出采样点信号延迟一拍信号，采样点信号、采样点信号延迟一拍信号、电机驱动反馈信号分别作为单口 RAM的读、写和数据输入信号；在采样点信号延迟一拍信号有效的下一个时钟周期，第四寄存器的数值通过第二加法器执行加一操作，第四寄存器的输出作为环形缓存地址信号输入至单口 RAM的地址端口 ；由单口 RAM的数据输出端口输出环形缓存移出值。滤波窗口采样值统计逻辑模块包括第三加法器、减法器、第一带使能端口寄存器；电机驱动反馈信号与第一带使能端口寄存器的输出端信号通过第三加法器累加，环形缓存移出值与第三加法器的输出值通过减法器相减后输出至第一带使能端口寄存器的输入端，采样点信号延迟一拍后的信号作为第一带使能端口寄存器的使能信号，第一带使能端口寄存器的输出端输出滤波窗口米样值统计值。滞回输出逻辑模块包括第一比较器、第二比较器、或门、第二带使能端口寄存器，滤波窗口采样值统计值分别输入至第一比较器和第二比较器的一个输入端，第一比较器的另一输入端为低门限值，第二比较器的另一输入端为高门限值；第一比较器和第二比较器的输出经过或门相或后作为第二带使能端口寄存器的使能信号；第二比较器的输出输入至第二带使能端口寄存器的输入端，第二带使能端口寄存器输出滤波结果。本实用新型与现有技术相比的优点在于:该电路采用变频采样技术实现对幅值呈现振荡状态的步进电机驱动信号的鲁棒滤波，应用于步进电机驱动反馈控制系统；实现在步进电机运行于不同转动速率时对电机驱动反馈信号的鲁棒滤波。本实用新型滤波效果理想，电路易于实现，通用性强。
图1为本实用新型的步进电机驱动反馈信号滤波电路的系统结构图；图2为本实用新型的步进电机驱动反馈信号滤波电路中变频采样点产生逻辑的结构；图3为本实用新型的步进电机驱动反馈信号滤波电路中采样值环形缓存的逻辑结构；图4为本实用新型的步进电机驱动反馈信号滤波电路中滤波窗口采样值统计逻辑的结构；图5为本实用新型的步进电机驱动反馈信号滤波电路中滞回输出逻辑的结构。
具体实施方式
如图1所示，为本实用新型步进电机驱动反馈信号滤波电路的系统结构图，该滤波电路对步进电机驱动反馈信号进行滤波处理。该滤波电路主要由变频采样点产生电路、采样值环形缓存模块、滤波窗口采样值统计逻辑模块以及滞回输出逻辑模块组成。变频采样点产生电路产生步进电机驱动反馈信号的采样点信号，采样点信号的频率根据当前步进电机驱动信号输出频率进行动态调整；例如,变频采样点产生电路可以产生频率为步进电机驱动信号当前频率800倍的采样信号。采样值环形缓存模块记录顺序采样的采样点信息，环形缓存模块的记录深度与滤波窗口宽度一致；当前采集的采样值覆盖环形缓存模块内最早记录的采样值信息。例如，环形缓存模块的记录深度可以为256，采样值环形缓存记录顺序采样的256个采样点信息，实现采样值先进先出管理。滤波窗口采样值统计逻辑模块在采样点处，根据环形缓存模块输出的移出值和当前采样值信息更新滤波窗口采样值的统计值。[0024]滞回输出逻辑模块使用两个门限值(高门限值与低门限值)与当前滤波窗口采样统计值进行比较，当统计值大于高门限值时，输出高电平；当统计值小于低门限值时，输出低电平，从而完成滤波输出。本实用新型步进电机驱动反馈信号滤波电路中变频采样点产生电路的结构如图2所示，包括加法器、寄存器I和寄存器2。该采样点产生电路基于加法器产生采样点信息，步进电机驱动频率信号freq_param作为第一加法器输入，加法器输出经寄存器I寄存，加法器的进位信号经寄存器2寄存一拍后，作为米样点信号samp_pt输出。加法器每溢出一次对应一个米样点。产生的米样点频率可表不为:
权利要求1.一种步进电机驱动反馈信号滤波电路，其特征在于，所述滤波电路包括变频采样点产生电路、采样值环形缓存模块、滤波窗口采样值统计逻辑模块和滞回输出逻辑模块； 变频采样点产生电路根据步进电机驱动频率信号产生采样点信号； 采样值环形缓存模块在采样点信号的控制下对步进电机驱动反馈信号进行采样获得反馈信号采样值，记录所述反馈信号采样值并输出环形缓存移出值，采样值环形缓存模块的记录深度与滤波窗口宽度一致； 滤波窗口采样值统计逻辑模块根据环形缓存移出值和当前步进电机驱动反馈信号更新滤波窗口采样值统计值； 滞回输出逻辑模块利用门限值与滤波窗口采样值统计值进行比较输出滤波结果。
2.根据权利要求1所述的一种步进电机驱动反馈信号滤波电路，其特征在于，所述变频采样点产生电路包括第一加法器、第一寄存器和第二寄存器；步进电机驱动频率信号作为第一加法器输入，第一加法器输出的累加和经第一寄存器寄存后又输出至第一加法器，第一加法器的进位信号经第二寄存器寄存一拍后，作为采样点信号输出。
3.根据权利要求1所述的一种步进电机驱动反馈信号滤波电路，其特征在于，采样值环形缓存模块包括第三寄存器、第四寄存器、第二加法器和单口 RAM ;采样点信号经第三寄存器寄存一拍后输出米样点信号延迟一拍信号，米样点信号、米样点信号延迟一拍信号、电机驱动反馈信号分别作为单口 RAM的读、写和数据输入信号；在采样点信号延迟一拍信号有效的下一个时钟周期，第四寄存器的数值通过第二加法器执行加一操作，第四寄存器的输出作为环形缓存 地址信号输入至单口 RAM的地址端口 ；由单口 RAM的数据输出端口输出环形缓存移出值。
4.根据权利要求1所述的一种步进电机驱动反馈信号滤波电路，其特征在于，滤波窗口采样值统计逻辑模块包括第三加法器、减法器、第一带使能端口寄存器；电机驱动反馈信号与第一带使能端口寄存器的输出端信号通过第三加法器累加，环形缓存移出值与第三加法器的输出值通过减法器相减后输出至第一带使能端口寄存器的输入端，采样点信号延迟一拍后的信号作为第一带使能端口寄存器的使能信号，第一带使能端口寄存器的输出端输出滤波窗口采样值统计值。
5.根据权利要求1所述的一种步进电机驱动反馈信号滤波电路，其特征在于，滞回输出逻辑模块包括第一比较器、第二比较器、或门、第二带使能端口寄存器，滤波窗口采样值统计值分别输入至第一比较器和第二比较器的一个输入端，第一比较器的另一输入端为低门限值，第二比较器的另一输入端为高门限值；第一比较器和第二比较器的输出经过或门相或后作为第二带使能端口寄存器的使能信号；第二比较器的输出输入至第二带使能端口寄存器的输入端，第二带使能端口寄存器输出滤波结果。
专利摘要本实用新型公开了一种步进电机驱动反馈信号滤波电路，所述滤波电路包括变频采样点产生电路、采样值环形缓存模块、滤波窗口采样值统计逻辑模块和滞回输出逻辑模块；变频采样点产生电路根据步进电机驱动频率信号产生采样点信号；采样值环形缓存模块在采样点信号的控制下对步进电机驱动反馈信号进行采样获得反馈信号采样值，记录所述反馈信号采样值并输出环形缓存移出值，采样值环形缓存模块的记录深度与滤波窗口宽度一致；滤波窗口采样值统计逻辑模块根据环形缓存移出值和当前步进电机驱动反馈信号更新滤波窗口采样值统计值；滞回输出逻辑模块利用门限值与滤波窗口采样值统计值进行比较输出滤波结果。本实用新型滤波效果理想，电路易于实现，通用性强。
文档编号H02P8/14GK203166820SQ20132011064
公开日2013年8月28日 申请日期2013年3月12日 优先权日2013年3月12日
发明者张宏波, 柳柱, 李长森 申请人:北京航天自动控制研究所, 中国运载火箭技术研究院