专利名称：步进电机变频控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种步进电机的运行控制装置，特别是涉及一种步进电机的变频起动控制器，属于数控设备执行机构控制装置技术领域。
步进电机是用脉冲信号控制其转子角位移的电动机，其线速度或转速正比于脉冲频率，可以在宽广的范围内，通过脉冲频率来调速。所以，在位置控制系统中，步进电机占有十分重要的位置。但是，在步进电机应用中，尤其是在步进电机从静止达到所要求的转速的起动过程中，存在着升降频频率跳变间隔过大的问题，不能平滑地输出升降频脉冲，以至造成步进电机失步，成为影响数控设备控制精度的主要原因之一。通常的解决方法有两个一是降低其工作转速，以获得较大的输出力矩。但这样做就会大大影响和降低整个数控装置的运行速度，在起停频繁的应用场合更不适用。二是采用变频启动方法，即使步进电机的控制脉冲频率由低至高逐渐变化，来解决其起动力矩与转速之间的矛盾。目前普遍应用的变频控制是通过软件来实现的，通过编制相应的程序软件来实现变频启动，具有灵活、方便的特点，但缺点是通用性差，对于不同的数控装置就要编制不同的控制程序，而且不能应用于由硬件直接控制其变频启动的数控设备中，也不能使现在的各种数控设备都增加此功能。
本实用新型的目的是提供一种用硬件实现变频启动控制的步进电机变频控制器，该装置不仅不需降低步进电机的工作转速，且具有广泛的适用性。
本实用新型是这样实现的它是由印刷电路板、该印制板上的控制电路及其输入、输出接口所组成，其中输入接口信号包括有来自主振的输入信号和起动信号，输出接口信号则送至步进电机驱动器，其特征在于上述控制电路是由将输入信号进行以2倍频为基准、8级分频的128分频器、由8通道多路选择器集成电路与四位二进制什数器电路组成的频率选择器、以及由一个三与非门电路与一个多路选择器(二选一)集成电路芯片构成的频率保持及恢复器所组成；其中分频器的8个输出端与频率选择器中的8通道多路选择器的8个输入端直接相连，该选择器芯片的三个通道选择端则与其计数器的三个输出端以及上述三与非门的输入端相连，该三与非门电路的输出则接至二选一芯片的选择端，该芯片的两个输入端分别是起动信号和上述分频器的多个输出分频信号的其中之一，上述频率选择器中的计数器电路的时钟端与二选一芯片电路的输出端相连。上述二选一电路芯片的一个输入端口可以通过波段开关与分频器电路的八个输出端分别连接，以选择其输出频率，改变选频方式而得到各种变频控制曲线。上述128分频器电路可以选用两个四位二进制计数器集成电路串接组成。
本实用新型的优点是电路结构简单、工作可靠，所用元器件少、成本低廉；而且可以自成系统，可直接串接在各种步进电机数控电路中应用，毋需改变其原控制电路的软硬件结构，便于同各种步进电机的控制电路接口。再者，本实用新型只需简单改变电路连接方式(如采用波段开关进行跳线)可以产生多种不同的变频控制方式，适用范围大。
以下结合附图实施例，具体介绍本实用新型。
图1是本实用新型控制电路原理方框图。
图2是本实用新型一个实施例的电原理图。
图3是本实用新型安装在步进电机驱动控制电路中的位置示意图。
参见图1，本实用新型是由印刷电路板、该印制板上的控制电路及其输入、输出接口所组成，其中输入接口信号包括有来自主振的输入信号Fin和起动信号FS，输出信号fout则接至步进电机驱动器作为其控制脉冲信号，控制电路是由将输入信号进行以2倍频为基准，8级分频的128分频器电路1、由8通道多路选择器集成电路2与四位二进制计数器电路3组成的频率选择器，以及由一个三与非门电路4与一个多路选择器(二选一)集成电路芯片5构成的频率保持及恢复器所组成，其中分频器1可以由两个四位二进制计数器电路串接组成的8位二进制计数器电路串接组成(参见图2中的U1、U2、芯片型号为74LS161)。该分频器1可以实现八级分频，从而得到八种不同的频率fi(i＝1-8)，这8种频率具有如下关系fin＝f1＝2f2＝4f3＝8f4＝16f5＝32f6＝64f7＝128f8，增长倍率为2。分频器1的8个输出端与频率选择器中的8通道多路选择器2的输入端直接相连，这里的芯片2是频率选择器的主体，其输出信号fout就是8路输入信号之一，也即本实用新型的输出信号。决定某一特定时刻输出哪一路信号则是由一块四位进制计数器电路3来控制的，其输出端Q0、Q1、Q2分别与通道选择器电路2的三个通道选择端及上述三与非门电路4的输入端相连。由芯片2与3构成本实用新型的频率选择器，共可选择八种频率。
三与非门电路4和多路选择器(二选一)电路5构成本实用新型的频率保持与恢复器电路，其中三与非门电路4的输出接至二选一芯片5的选择端S，该二选一芯片的输入端分别是起动信号Fs和上述分频器1的多个输出分频信号的其中之一。图1所示的是将起动信号接至其A端口，输出的分频信号F8接至其B端口。当频率选择器中的计数器3的输出Q0、Q1、Q2状态由(0、0、0)依次变化到(1、1、0)时，三与非门电路4的输出皆为1，此时，二选一电路5的输出Y＝B＝f8，该芯片5的输出接至频率选择器中的计数器电路3的CP端，随着该时钟CP的输出，多路选择器芯片2的输出fout频率也从f8依次变化至f2；当二选一芯片的输出信号使得计数器芯片3的输出信号Q0、Q1、Q2变为(1、1、1)时，三与非门电路4将输出低电平“O”，该低电平信号将迫使二选一芯片5输出Y＝A，B状态被锁断，频率选择器也处于保持状态，此时fout＝f1＝fin，直至芯片5的A端，输入一个起动信号，控制电路才重新进入起动变频工作。
参阅图2，由两个四位进制计数器集电路U1、U2(型号为74LS161)构成128分频器，由8通道多路选择器U4(型号为74L为51)和四位二进制计数器U3(型号为74LS161)构成频率选择器，由三与非门电路U7和二选一芯片U6(型号为74LS257)构成频率保持及恢复器。图中S1为波段开关，用于选择频率保持及恢复器中计数器电路的时钟频率。U5是用555时基电路构成的基准脉冲发生器。该电路实施例可以作为一个独立的步进电机变频控制器直接串接在驱动器前置端使用。其工作过程如图1框图较相似，只要改变波段开关S1的旋钮位置，就可以使频率保持器及恢复器中的U6芯片4B端依次选择与U1、U2芯片输出端的8个不同输出频率相连接，从而改变频率选择器中计数器电路U3的时钟CLK信号的来源，由此改变选频方式而得到各种不同的变频起动控制方式。
图3A是目前传统的步进电机驱动控制电路的方框图。图3B则是使用实用新型变频控制器后的步进电机驱动控制电路的方框图。该图也说明了，本实用新型可以直接串接在各种步进电机的驱动电路中，毋需改变原控制电路的软硬件结构。
本实用新型已在申请人研制开发的全息激光全自动模切机上试验实施、效果良好。在未装置本实用新型以前，该机起动频率最高为1K，如再要增加频率就会出现失步、卡死等步进电机故障问题。改用本装置作为驱动控制后，使步进电机起动频率增加到10K，也尚未出现异常故障，不仅使整个设备提高了工效，而且还能保障控制精度。
权利要求1.一种步进电机变频控制器，是由印刷电路板、该印制板上的控制电路及其输入、输出接口所组成，其中输入接口信号包括有来自主振的输入信号和起动信号，输出接口信号则送至步进电机驱动器，其特征在于上述控制电路是由将输入信号进行以2倍频为基准、8级分频的128分频器、由8通道多路选择器集成电路与四位二进制什数器电路组成的频率选择器、以及由一个三与非门电路与一个多路选择器(二选一)集成电路芯片构成的频率保持及恢复器所组成；其中分频器的8个输出端与频率选择器中的8通道多路选择器的8个输入端直接相连，该选择器芯片的三个通道选择端则与其计数器的三个输出端以及上述三与非门的输入端相连，该三与非门电路的输出则接至二选一芯片的选择端，该芯片的两个输入端分别是起动信号和上述分频器的多个输出分频信号的其中之一，上述频率选择器中的计数器电路的时钟端与二选一芯片电路的输出端相连。
2.如权利要求1所述的步进电机变频控制器，其特征在于上述二选一电路芯片的一个输入端口可以通过波段开关与分频器电路的八个输出端分别连接，以选择其输出频率，改变选频方式而得到各种变频控制曲线。
3.如权利要求1所述的步进电机变频控制器，其特征在于上述128分频器电路可以选用两个四位二进制计数器集成电路串接组成。
专利摘要一种步进电机变频控制器，其控制电路是由将输入信号进行八级分频的128分频器、由8通道多路选择器芯片与计数器电路组成的频率选择器，以及由一个三与非门电路与一个二选一集成电路芯片构成的频率保持及恢复器所组成。本实用新型电路结构简单、工作可靠、元器件少、成本低，且可自成系统，能直接串接在各种步进电机控制电路中应用，而毋需改变其控制电路的软硬件结构，适用范围广，可产生多种不同的变频控制方式。
文档编号H02P8/00GK2236193SQ95209720
公开日1996年9月25日 申请日期1995年5月2日 优先权日1995年5月2日
发明者裴文 申请人:北京市海淀区三友激光图象公司