專利名稱：步進電機的高速運行控制卡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種步進電機的運行控制裝置，確切地說，涉及一種步進電機的高速運行控制卡，屬于數(shù)控設(shè)備執(zhí)行機構(gòu)控制裝置技術(shù)領(lǐng)域。
步進電機是用脈沖信號控制其轉(zhuǎn)子角位移的電動機，其線速度或轉(zhuǎn)速正比于脈沖頻率，可在寬廣的范圍內(nèi)，通過脈沖頻率來調(diào)速。所以，在位置控制系統(tǒng)中，步進電機占有十分重要的位置，尤其是隨著步進電機制造技術(shù)的不斷完善，運行頻率越來越高，因此，要求步進電機的控制器能夠產(chǎn)生高頻脈沖序列，而且，這種高頻脈沖序列能夠根據(jù)電機的矩頻特性平滑地控制步進電機進行升降頻。
現(xiàn)在市場上銷售的大部份步進電機控制器都存在著升降頻頻率跳變間隔過大的問題，尤其是高頻輸出部分，其頻率跳變更大，不能平滑地輸出升降頻脈沖，以至造成步進電機失步。例如，臺灣某公司生產(chǎn)的計算機插卡式控制器，是采用單片機作為控制器內(nèi)部的中央處理器，使用單片機的內(nèi)部程序計算頻率的生成曲線，同時對頻率輸出進行控制。該控制器輸出的頻率是直接由可編程計數(shù)器產(chǎn)生的，即將可編程計數(shù)器設(shè)置為頻率發(fā)生工作方式，直接由可編程計數(shù)器產(chǎn)生輸出頻率。其缺點就是在升降頻過程中，頻率跳變大；每一次頻率跳變值都在幾百赫茲到幾千赫茲。所以，這種控制器只能使步進電機順利地升頻到幾千赫茲的運行頻率工作，不能升頻至更高的幾十千赫茲上運行，否則會造成步進電機的失步和過沖；再考，控制卡中配設(shè)單片機，也使其與主機的CPU配合協(xié)調(diào)問題突出出來，使控制復(fù)雜，成本提高。
本實用新型的目的是提供一種不需配設(shè)單片機的計算機插卡——步進電機高速運行控制卡。
本實用新型這樣實現(xiàn)的它是由計算機插接卡卡板及插卡板上的計算機接口、輸出接口與控制電路組成的，其中計算機接口是由適應(yīng)計算機總線插槽要求的數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線三部分構(gòu)成，輸出接口則是一種與被控步進電機驅(qū)動器相連接的電纜插座，其特征在于其中控制電路是由運行距離預(yù)置電路、運行頻率預(yù)置電路、距離頻率控制電路、將電機升降頻曲線按時間間隔順序分離為頻率節(jié)點序列，并將該節(jié)點序列以二進制數(shù)據(jù)形式存儲其中的非易失性數(shù)據(jù)存儲器、可對非易失性數(shù)據(jù)存儲器的地址實現(xiàn)跳變尋址的可逆計數(shù)器、D／A轉(zhuǎn)換器、V／F轉(zhuǎn)換器和功能控制電路構(gòu)成的。其中運行距離預(yù)置電路和運行頻率預(yù)置電路是采用可編程計數(shù)／定時器集成電路芯片實現(xiàn)的。其中非易失性數(shù)據(jù)存儲器采用ROM芯片構(gòu)成，也可以采用下述可編程器件GAL、PAL、EPROM、EEPROM、PROM芯片組成。本實用新型是采用型號為8253的可編程計數(shù)／定時器電路作為運行距離預(yù)置電路和運行頻率預(yù)置電路的。其中D／A轉(zhuǎn)換器可以采用8位的AD7111芯片，也可以采用12位的AD7531芯片。
本實用新型的特點是在該控制插卡中不采用單片機進行控制，也不需要主控計算機對控制過程進行干預(yù)，而是將根據(jù)電機矩頻特性和實際使用特性而設(shè)計的升降頻曲線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)據(jù)直接存儲在控制插卡內(nèi)置的非易失性數(shù)據(jù)存儲器中，再讓該存儲器與D／A轉(zhuǎn)換器、V／F轉(zhuǎn)換器順序直接相連，來產(chǎn)生步進電機的運行控制頻率。這樣，主控計算機只需向本實用新型發(fā)出簡單的運行指令，就可啟動整個運行控制過程，自動完成步進電機的升降頻控制曲線的平滑高速控制，甚至在對具有不同特性的多條升降頻曲線進行切換時，主控計算機也不必隨時監(jiān)控本實用新型的工作。本實用新型在升降頻控制中，可以用任意的節(jié)點頻率控制步進電機的運行，從而可以使數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)輸出的脈沖頻率都是以預(yù)置的最佳升降頻方式完成的；還可以實現(xiàn)對任一頻率的插值輸出，即采用兩個相鄰節(jié)點頻率來插值生成待輸出的頻率，使該輸出頻率與設(shè)定的頻率誤差非常小，從而使步進電機的速度控制和運動軌跡控制更加平穩(wěn)光滑而理想化。在電路結(jié)構(gòu)上，本實用新型是采用可逆計數(shù)器來實現(xiàn)非易失性數(shù)據(jù)存儲器的地址跳變，這樣可以用硬件邏輯來控制升降頻運行。此外，它還具有單步運行、外部暫停、應(yīng)急處理、工作頻率生成等其他功能，完全可滿足步進電機高速運行的控制要求?？傊?，本實用新型是一種設(shè)計思想新穎、獨特，電路結(jié)構(gòu)簡單、巧妙，實際應(yīng)用方便、靈活的一種步進電機高速運行控制卡。


圖1是本實用新型的電路原理方框圖。
圖2是本實用新型的一個實施例電原理圖。
參照圖1介紹本實用新型的工作原理。
首先要根據(jù)每個步進電機的矩頻特性和它的應(yīng)用條件，設(shè)計一個其最佳升降頻曲線數(shù)據(jù)，即使電機能夠在不失步的前提下，以最短的時間將運行頻率升到指定頻率，再將此升降頻曲線按時間間隔順序分離為頻率節(jié)點序列，并將其用二進制數(shù)據(jù)形式表示和按特定格式依序?qū)懭氡緦嵱眯滦托椭械姆且资源嫜?7中，使存儲器的每一地址單元與一個頻率節(jié)點數(shù)據(jù)相對應(yīng)，從而完成最優(yōu)升降頻數(shù)據(jù)的預(yù)置。數(shù)據(jù)存儲器37中可以同時存循多條升降頻數(shù)據(jù)曲線，可根據(jù)不同電機和不同使用場合，通過功能控制電路33對升降頻曲線進行選擇。
然后，用計算機通過其接口1對本實用新型的控制電路3進行數(shù)據(jù)預(yù)置和初始化，包括有向距離預(yù)置電路31寫入待輸出的脈沖個數(shù)；選擇頻率發(fā)生方式即在本實用新型的節(jié)點頻率輸出或插值頻率輸出兩種狀態(tài)中選擇其中之一；將每一節(jié)點頻率所持續(xù)的時間(即時間間隔)也寫入由可編程計數(shù)器組成的時間間隔發(fā)生器(也稱頻率預(yù)置電路)32中，等等。該時間間隔發(fā)生器的輸出經(jīng)距離頻率控制電路35后，使可逆計數(shù)器36自動跳變，從而使存有升降頻數(shù)據(jù)的非易失性存儲器37的地址以1的步長變化，轉(zhuǎn)入下一個節(jié)點頻率輸出。數(shù)據(jù)存儲器37輸出的數(shù)據(jù)使得與之直接相連的D／A轉(zhuǎn)換器38工作，并輸出一個模擬電壓，該輸出電壓經(jīng)V／F變換器39產(chǎn)生一個頻率經(jīng)輸出接口2輸出。由此，數(shù)據(jù)存儲器37的每一個數(shù)據(jù)都將使V／F變換器39輸出一個相應(yīng)的頻率，完成一個節(jié)點頻率的輸出。
升頻時，本實用新型控制電路中的時間間隔發(fā)生器32連續(xù)發(fā)生時間間隔脈沖，距離、頻率控制電路35經(jīng)可逆計數(shù)器36控制數(shù)據(jù)存儲器37的地址不斷加1，使之輸出的數(shù)據(jù)也相應(yīng)由低至高，帶動D／A變換器38和V／F變換器39進行頻率輸出。當(dāng)輸出頻率達(dá)到指定頻率時，相應(yīng)的邏輯控制電路使存儲器地址不再改變，保持在一個穩(wěn)定值上而完成升頻過程，并從輸出接口2輸出恒頻脈沖。同時，由距離預(yù)置電路31對設(shè)定頻率輸出的脈沖進行計數(shù)，當(dāng)計滿設(shè)定的脈沖個數(shù)時，也就是完成指定距離的運行后，距離預(yù)置電路31將重新打開距離、頻率控制電路35，使它按設(shè)定的時間間隔，通過可逆計數(shù)器36對存儲器37的地址進行減1計數(shù)，使輸出頻率越來越低，即執(zhí)行降頻過程。計滿降頻過程的脈沖個數(shù)后，距離、頻率控制電路35就自動關(guān)閉頻率輸出，完成一個工作過程。
由于數(shù)據(jù)存儲器37內(nèi)存在多條升降頻曲線，本實用新型可以通過其中的譯碼電路34和功能控制電路33選擇其中一條升降頻曲線來完成步進電機最理想化的高速運行控制。
本實用新型還可以按照插值頻率發(fā)生方式工作，即如果設(shè)定的輸出頻率不是節(jié)點頻率時，可以找出與之最相近的兩個節(jié)點頻率，再由相應(yīng)指令計算出這兩個相鄰頻率所占的時間比而實現(xiàn)插值頻率輸出，由此實現(xiàn)對任一頻率的輸出，保證步進電機可以平滑升降頻和高速運行。
圖2展示的是一個實施例電原理圖。由圖中所示，本實用新型是由計算機接口1DB、AB和CB，輸出接口2和控制電路構(gòu)成的。其中控制電路包括有運行距離預(yù)置電路31、運行頻率預(yù)置電路32、距離頻率控制電路35、可逆計數(shù)器36、非易失性數(shù)據(jù)存儲器37、D／A轉(zhuǎn)換器38、V／F轉(zhuǎn)換器39和功能控制電路33、譯碼電路34所組成的。其中運行距離預(yù)置電路31和運行頻率預(yù)置電路是采用型號為8253的可編程計數(shù)／定時器電路實現(xiàn)的；非易失性數(shù)據(jù)存儲器37是采用EPROM2732構(gòu)成，其中共按地址順序存儲16種升降頻方式的曲線數(shù)據(jù)，也可以采用其他可編程器件，如ROM、GAL、PAL、EEPROM、PROM等組成，采用大容量存儲器可以使升降頻曲線的數(shù)據(jù)內(nèi)容更充實、豐富。D／A轉(zhuǎn)換器是采用8位AD7111芯片，如采用高位芯片，可使頻率跳變間隔更小。其中距離、頻率控制電路是由圖示的多個與門、或非門、反相器、三態(tài)門、觸發(fā)器等器件組成。功能控制電路33的輸出Q0－Q3共可輸出16種不同狀態(tài)的數(shù)據(jù)，由此設(shè)定存儲器2732的高位地址及將其按256字節(jié)／段分為16段，用于選擇16種升降頻曲線中的一種。其A2輸出是電機正反轉(zhuǎn)方向信號；A3輸出是軟件禁止脈沖，用于初始化；A4A5則用于頻率發(fā)生方式控制。
權(quán)利要求1.一種步進電機的高速運行控制卡，是由計算機插接卡卡板及插卡板上的計算機接口、輸出接口與控制電路組成的，其中計算機接口是由適應(yīng)計算機總線插槽要求的數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線三部分構(gòu)成，輸出接口則是一種與被控步進電機驅(qū)動器相連接的電纜插座，其特征在于其中控制電路是由運行距離預(yù)置電路、運行頻率預(yù)置電路、距離頻率控制電路、將電機升降頻曲線按時間間隔順序分離為頻率節(jié)點序列，并將該節(jié)點序列以二進制數(shù)據(jù)形式存儲其中的非易失性數(shù)據(jù)存儲器、可對非易失性數(shù)據(jù)存儲器的地址實現(xiàn)跳變尋址的可逆計數(shù)器、D/A轉(zhuǎn)換器、V/F轉(zhuǎn)換器和功能控制電路構(gòu)成的。
2.如權(quán)利要求1所述的步進電機高速運行控制卡，其特征在于其中運行距離預(yù)置電路和運行頻率預(yù)置電路是采用可編程計數(shù)／定時器集成電路芯片實現(xiàn)的。
3.如權(quán)利要求1所述的步進電機高速運行控制卡，其特征在于其中非易失性數(shù)據(jù)存儲器采用ROM芯片構(gòu)成可以采用下述可編程器件GAL、PAL、EPROM、EEPROM、PROM芯片組成。
4.如權(quán)利要求1或2所述的步進電機高速運行控制卡，其特征在于可以采用型號為8253的可編程計數(shù)／定時器電路作為運行距離預(yù)置電路和運行頻率預(yù)置電路。
5.如權(quán)利要求1所述的步進電機高速運行控制卡，其特征在于其中D／A轉(zhuǎn)換器可以采用8位的AD7111芯片，也可以采用12位的AD7531芯片。
專利摘要一種步進電機的高速運行控制卡，是由計算機插接卡及卡板上的計算機接口、輸出接口和控制電路組成的。其控制電路不含單片機，包括有運行距離預(yù)置電路，運行頻率預(yù)置電路、可逆計數(shù)器、將升降頻曲線按時間間隔順序分離為頻率節(jié)點序列，并將之以二進制數(shù)據(jù)形成存儲其中的數(shù)據(jù)存儲器、D/A轉(zhuǎn)換器、V/F轉(zhuǎn)換器和控制電路等。該插卡可用任意節(jié)點頻率控制步進電機的升降頻和高速運行，可使步進電機的速度控制和運行軌跡平穩(wěn)光滑、理想化。
文檔編號G05B19/18GK2215160SQ9422328
公開日1995年12月13日 申請日期1994年10月8日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月8日
發(fā)明者李印嶺, 韓己匯 申請人:高鶴, 李印嶺, 韓己匯