[发明专利]带有直线编码器的闭环步进模组系统及其控制方法

说明书

本发明涉及一种带有直线编码器的闭环步进模组系统及其控制方法，系统包括电机驱动器和电机控制器、电机安装支架及底座以及分别安装在电机安装支架及底座上的步进电机、丝杆、螺母、导轨和负载滑块，所述的电机控制器通过电机驱动器与步进电机连接，所述的步进电机通过丝杆与螺母传动连接，所述的螺母带动负载滑块在导轨运动，所述的系统还包括直线编码器磁条和直线编码器模块，所述的直线编码器磁条安装在电机安装支架及底座的外壳内侧壁上，所述的直线编码器模块与直线编码器磁条相对设置并与螺母连接。与现有技术相比，本发明具有大幅提升了直线步进模组的运动精度等优点。

技术领域

本发明涉及一种闭环步进模组系统及其控制方法，尤其是涉及一种带有直线编码器的闭环步进模组系统及其控制方法。

背景技术

步进电机(Stepping Motor)由于其较好的低速运动响应特性，经常被和一些直线传动机构、导轨等连接在一起，在各种机器和设备中得以大量运用，用来作为直线运动的执行机构，将控制信号转换为直线运动，从而达到控制执行机构运动给定的距离，并产生能够有效带动负载的推力。

但这种惯用的整合方式及机构设计存在较大的缺陷：一方面由于步进电机通常是开环的方式进行控制，难以发现这种机构在运动过程中产生的失步，过冲，堵转等问题，其开环的方式动态响应能力也很低。另外由于整个模组系统中存在例如丝杆、螺母，导轨等传动机构，这些传动机构不免带有不同程度的间隙，也会存在不同程度的直线运动累计误差，从而导致整体系统的直线运动精度不高。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种带有直线编码器的闭环步进模组系统及其控制方法，该方法能够有效克服上述缺点，在精度、平稳性和系统动态响应方面都有比较大的提升。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种带有直线编码器的闭环步进模组系统，包括电机驱动器和电机控制器、电机安装支架及底座以及分别安装在电机安装支架及底座上的步进电机、丝杆、螺母、导轨和负载滑块，所述的电机控制器通过电机驱动器与步进电机连接，所述的步进电机通过丝杆与螺母传动连接，所述的螺母带动负载滑块在导轨运动，所述的系统还包括直线编码器磁条和直线编码器模块，所述的直线编码器磁条安装在电机安装支架及底座的外壳内侧壁上，所述的直线编码器模块与直线编码器磁条相对设置并与螺母连接。

优选地，所述的电机安装支架及底座的外壳内侧壁上设有用于直线编码器磁条安装的沟槽。

优选地，由所述的沟槽定位的直线编码器磁条中心与编码器模块中心距离小于0.3mm。

优选地，所述的系统还包括编码器安装端块，所述的直线编码器模块嵌入编码器安装端块内，所述的编码器安装端块通过螺丁与螺母连接。

优选地，所述的丝杆为梯形丝杆或者滚珠丝杆；所述的螺母为梯形螺母或者滚珠螺母。

优选地，所述的直线编码器模块采用磁性直线传感器芯片，其内部由霍尔元件阵列构成。

优选地，所述的直线编码器磁条的安装底座为铝材或其他不导磁材料制作而成的底座；所述的直线编码器模块的安装底座为铝材或其他不导磁材料制作而成的底座。

优选地，所述的直线编码器磁条和直线编码器模块之间的间隙变化范围为0.02～0.2mm，所述的直线编码器磁条的安装底座平面度小于0.15，所述的直线编码器磁条和直线编码器模块之间的间隙公差小于+/-0.1mm。

一种用于所述的带有直线编码器的闭环步进模组系统的控制方法，该方法在系统直线运动的过程中，直线编码器模块通过感应直线编码器磁条的磁场信号，从而将实时的位置信息反馈给电机控制器或者电机驱动器，电机控制器或者电机驱动器根据直线编码器模块反馈的位置信号，形成闭环控制，其中闭环控制范围包括速度环和位置环。