[实用新型]步进电机力矩自适应调节控制系统

说明书

本实用新型公开了一种步进电机力矩自适应调节控制系统，包括单片机，单片机通过SPI接口与运动控制芯片通信连接，运动控制芯片通过SPI和STEP、DIR双接口与驱动芯片通信连接，驱动芯片输出控制端与两路H整流桥电路输入端连接，两路H整流桥电路的输出端分别与两相步进电机对应的两个励磁线圈连接，两路H整流桥电路的采样信号输出端分别与驱动芯片的信号输入端连接，用于将两相步进电机的电压和电流状态信号反馈给驱动芯片。本实用新型优点在于不采用额外传感器即可反馈出步进电机的负载力矩用于力矩测量，降低了成本和机械设计难度。当步进电机失步后可及时报警，避免角位移偏差引起故障进一步扩大。

技术领域

本实用新型涉及步进电机控制系统，尤其是涉及步进电机力矩自适应调节控制系统。

背景技术

现有步进电机控制系统普遍采用恒电流控制，恒电流控制可以提供恒定的力矩输出。但是，控制系统传动小力矩负载时，电流相对较高，造成电能浪费；而在传动大力矩负载时，会出现力矩输出不足，导致步进电机失步，即角位移未满足指令要求。常规控制系统不添加位置传感器情况下，无法反馈电机失步；有些控制系统采用了力矩传感器进行力矩监测，用于电机失步检测，但控制模式仍采用的是恒电流控制。恒电流控制存在以下不足：1、传动小力矩负载时，电流相对较高，造成电能浪费；2、传动大力矩负载时，会出现力矩输出不足，导致步进电机失步；3、普通控制系统选型步进电机时，要选用输出力矩比负载力矩高很多的步进电机，避免失步状况的发生，因此增加了步进电机成本；4、常规控制系统不添加位置传感器情况下，无法反馈电机失步；若添加位置传感器，虽然可以反馈步进电机失步现象，但却无法反馈负载力矩实现动态调节电流，同时添加位置传感器同样也会大幅增加成本；5、若采用力矩传感器则会增加机械机构复杂度和制造成本。

发明内容

本实用新型目的在于提供一种步进电机力矩自适应调节控制系统。

为实现上述目的，本实用新型采取下述技术方案：

本实用新型所述的步进电机力矩自适应调节控制系统，包括通过CAN接口与上位机实现通信的单片机，所述单片机通过SPI接口与运动控制芯片通信连接，用于下发指令和接收所述运动控制芯片的反馈信息；运动控制芯片通过SPI和STEP、DIR双接口与驱动芯片通信连接，SPI接口发送驱动芯片配置信息和接收电流、相位角差值反馈信息，STEP和DIR信号下发动作指令给所述驱动芯片；驱动芯片输出控制端与两路H整流桥电路输入端连接，用于将动作指令的STEP和DIR信号转化为PWM信号驱动所述两路H整流桥电路；两路H整流桥电路的输出端分别与两相步进电机对应的两个励磁线圈连接，用于将所述PWM信号转换为电压驱动所述两相步进电机旋转运动；两路H整流桥电路的采样信号输出端分别与驱动芯片的信号输入端连接，用于将两相步进电机的电压和电流状态信号反馈给驱动芯片。

所述两路H整流桥电路结构相同，均由四个场效应管BG1、BG2、BG3、BG4和电流采样电阻R构成；所述场效应管BG1、BG2、BG3、BG4的栅极分别与所述驱动芯片输出控制端连接；场效应管BG1、BG2的源极连接后与直流电源连接；场效应管BG3、BG4的源极连接后分为两路，一路与所述驱动芯片电流采样信号输入端连接构成电流反馈电路，另一路通过电流采样电阻R接地；场效应管BG1、BG3的漏极连接后与所述两相步进电机对应的一个励磁线圈输入端连接，场效应管BG2、BG4的漏极连接后与该励磁线圈输出端连接；场效应管BG1和BG3的漏极连接点、场效应管BG2和BG4的漏极连接点，分别与驱动芯片电压采样信号输入端连接构成电压采样电路。

本实用新型优点在于不采用额外传感器即可反馈出步进电机的负载力矩用于力矩测量，降低了成本和机械设计难度。在非线性负载中，根据反馈信息动态调节电流大小；当负载力矩短时间内较高时，可动态提高步进电机电流超过额定电流，降低了步进电机失步的风险，因此可选择力矩余量保留相对较小的步进电机，降低成本。当步进电机失步后可及时报警，避免角位移偏差引起故障进一步扩大。

附图说明