專利名稱：一種高可靠兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及步進(jìn)電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高可靠兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)的電機(jī)控制器設(shè)計(jì)壽命為3年，最大驅(qū)動(dòng)細(xì)分為32，國外驅(qū)動(dòng)器有德國的SADA，瑞士的SADE等，它們的驅(qū)動(dòng)器大多應(yīng)用于高軌道，壽命在5 8年。由于電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的執(zhí)行部件是驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，而不同的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)選用的電機(jī)不同，有步進(jìn)電機(jī)或無刷直流電機(jī)等，由此電機(jī)驅(qū)動(dòng)器選用的驅(qū)動(dòng)電路也不同，目前，大多數(shù)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器工作時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的問題有分辨率低，振動(dòng)、噪聲和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)問題得到明顯等，此類電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器是用于在空間環(huán)境下的，太空中的高輻射使得控制器上的元器件使用壽命大大降低，從而影響航天產(chǎn)品壽命及可靠性的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種能夠可靠驅(qū)動(dòng)兩相步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制器。本發(fā)明為一種高可靠兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器，所述驅(qū)動(dòng)控制器包括主電路模塊、備電路模塊和冗余切換電路模塊，所述主電路模塊與備電路模塊通過冗余切換電路模塊連接，所述的主電路模塊包括RS232通信子模塊、CPU控制子模塊、細(xì)分與速度輸出子模塊以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)子模塊，所述RS232通信子模塊、CPU控制子模塊、細(xì)分與速度輸出子模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)子模塊依次連接，所述備電路模塊包括RS232通信子模塊、CPU控制子模塊、細(xì)分與速度輸出子模塊以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)子模塊，所述RS232通信子模塊、CPU控制子模塊、細(xì)分與速度輸出子模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)子模塊依次連接，RS232通訊模塊接受上位機(jī)的速度控制指令并將指令送至CPU控制子模塊，CPU控制子模塊根據(jù)不同的速度輸出脈寬可調(diào)的脈沖信號送至細(xì)分與速度輸出子模塊，細(xì)分與速度輸出子模塊將經(jīng)過處理后的電機(jī)脈沖信號送至電機(jī)驅(qū)動(dòng)子模塊，以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按照設(shè)定的速度執(zhí)行對日定向任務(wù)。一些實(shí)施例中，所述主電路模塊和備電路模塊還分別設(shè)有電流反饋?zhàn)幽K，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)子模塊輸出端口與電流反饋?zhàn)幽K輸入端口連接，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)子模塊輸入端口與電流反饋?zhàn)幽K輸入端口連接，細(xì)分與速度輸出子模塊中的電機(jī)脈沖信號與電流反饋?zhàn)幽K中電機(jī)反饋電流信號通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)子模塊中的射極跟隨電路構(gòu)建了電機(jī)電流的閉環(huán)控制，從而電機(jī)電流實(shí)現(xiàn)了 256細(xì)分的恒流控制。一些實(shí)施例中，所述RS232通訊模塊通過RS422通訊模塊與上位機(jī)連接。一些實(shí)施例中，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)子模塊與步進(jìn)電機(jī)相連接，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)子模塊驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按照設(shè)定的速度執(zhí)行對日定向任務(wù)。一些實(shí)施例中，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)子模塊有由分立器件構(gòu)成的恒流源電路。一些實(shí)施例中，所述主電路模塊與備電路模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一致，所述主電路模塊與備電路模塊通過冗余切換電路模塊切換使用。根據(jù)本發(fā)明的高可靠兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的分辨率提高，振動(dòng)、噪聲和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)問題得到明顯改善，電路根據(jù)電機(jī)主備繞組的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了相同的主備電路，元器件采用抗輻照設(shè)計(jì)，可滿足航天產(chǎn)品長壽命、高可靠性的要求。結(jié)合附圖，根據(jù)下文的通過示例說明本發(fā)明主旨的描述可清楚本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)。


結(jié)合附圖，通過下文描述詳細(xì)說明，可更清楚地理解本發(fā)明的上述及其他特征和優(yōu)點(diǎn)，其中
圖I為本發(fā)明的一種高可靠兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式參見示出本發(fā)明實(shí)施例的附圖，下文將更詳細(xì)地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可 以以許多不同形式實(shí)現(xiàn)，并且不應(yīng)解釋為受在此提出之實(shí)施例的限制。相反，提出這些實(shí)施例是為了達(dá)成充分及完整公開，并且使本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員完全了解本發(fā)明的范圍。這些附圖中，為清楚起見，可能放大了層及區(qū)域的尺寸及相對尺寸。現(xiàn)參考圖I詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的高可靠兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器。所述驅(qū)動(dòng)控制器包括主電路模塊、備電路模塊和冗余切換電路模塊I，所述主電路模塊與備電路模塊通過冗余切換電路模塊I連接，所述的主電路模塊包括RS232通信子模塊2、CPU控制子模塊3、細(xì)分與速度輸出子模塊4以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)子模塊5，所述RS232通信子模塊2、CPU控制子模塊3、細(xì)分與速度輸出子模塊4、電機(jī)驅(qū)動(dòng)子模塊5依次連接，備電路模塊包括RS232通信子模塊2、CPU控制子模塊3、細(xì)分與速度輸出子模塊4以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)子模塊5，所述RS232通信子模塊2、CPU控制子模塊3、細(xì)分與速度輸出子模塊4、電機(jī)驅(qū)動(dòng)子模塊5依次連接。其中，RS232通訊模塊2接受上位機(jī)的速度控制指令并將指令送至CPU控制子模塊3，CPU控制子模塊3根據(jù)不同的速度輸出脈寬可調(diào)的脈沖信號送至細(xì)分與速度輸出子模塊4，細(xì)分與速度輸出子模塊4將經(jīng)過處理后的電機(jī)脈沖信號送至電機(jī)驅(qū)動(dòng)子模塊5，以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)7按照設(shè)定的速度執(zhí)行對日定向任務(wù)。進(jìn)一步，主電路模塊和備電路模塊還分別設(shè)有電流反饋?zhàn)幽K6，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)子模塊5輸出端口與電流反饋?zhàn)幽K6輸入端口連接，細(xì)分與速度輸出子模塊4中的電機(jī)脈沖信號與電流反饋?zhàn)幽K6中電機(jī)反饋電流信號通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)子模塊5中的射極跟隨電路構(gòu)建了電機(jī)電流的閉環(huán)控制，在射極跟隨電路采樣電阻固定的情況下，繞組電流的大小取決于模塊4中輸出的細(xì)分電壓，由于該細(xì)分電壓由模塊4中的8位D/A輸出的256種電壓決定，所以利用這種電路實(shí)現(xiàn)細(xì)分實(shí)際就是對應(yīng)各個(gè)電流臺階對D/A施加對應(yīng)的給定電平。本系統(tǒng)采用的細(xì)分?jǐn)?shù)，最高可達(dá)256細(xì)分從而電機(jī)電流實(shí)現(xiàn)了 256細(xì)分的恒流控制。較佳實(shí)施例中，本電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的RS232通訊子模塊2通過RS422通訊模塊8與上位機(jī)連接，電機(jī)驅(qū)動(dòng)子模塊5與步進(jìn)電機(jī)相連接，其中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)子模塊5驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按照設(shè)定的速度執(zhí)行對日定向任務(wù)。較佳實(shí)施例中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)子模塊5是自主獨(dú)立研制的由分立器件構(gòu)成的恒流源電路，不采用國外的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路，以國產(chǎn)化的方式解決了今后國外廠商可能采取的對我國軍用器件的封鎖。較佳實(shí)施例中，所述主電路模塊與備電路模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一致，所述主電路模塊與備電路模塊通過冗余切換電路模塊切換使用。進(jìn)一步介紹本發(fā)明的三個(gè)技術(shù)方案。I、細(xì)分技術(shù)
細(xì)分技術(shù)又稱微步距控制技術(shù)，是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)開環(huán)控制最新技術(shù)之一，利用計(jì)算機(jī)數(shù) 字處理技術(shù)和D/A轉(zhuǎn)化控制技術(shù)，將各相繞組電流通過恒流控制，獲得按規(guī)律改變其幅值的大小和方向，實(shí)現(xiàn)將步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一個(gè)整步均分為若干個(gè)更細(xì)的微步。每一個(gè)微步距可能是原來的基本步距的數(shù)十分之一，甚至是數(shù)百分之一。細(xì)分技術(shù)使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距細(xì)分，分辨率提高，振動(dòng)、噪聲和轉(zhuǎn)距波動(dòng)問題得到很大改善，運(yùn)轉(zhuǎn)更為平穩(wěn)，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在高級控制系統(tǒng)中獲得更大的競爭力。由于細(xì)分步數(shù)越多，CPU占用的資源越多，細(xì)分步數(shù)受限于CPU資源，一般控制器的細(xì)分步數(shù)在64以內(nèi)，如國內(nèi)5院502部的電機(jī)控制器最大驅(qū)動(dòng)細(xì)分為32，本發(fā)明充分利用了控制器內(nèi)的CPU資源，對整個(gè)控制器的CPU資源進(jìn)行了優(yōu)化處理，尤其對各中斷的時(shí)間進(jìn)行了合理分配，使中斷處理時(shí)間小于最小的細(xì)分時(shí)間而不影響256細(xì)分輸出，從而使電機(jī)控制器的細(xì)分步數(shù)達(dá)到了硬件所能達(dá)到的最大值256。2、自主設(shè)計(jì)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路
目前兩相步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路普遍采用VMOS控制的H橋電路，常用的國外器件有美國國家半導(dǎo)體公司(NSC)生產(chǎn)的用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)的功率集成芯片LMD18200、國際整流器IR公司的柵級驅(qū)動(dòng)集成電路IR2110 (外加VMOS管)等，而國內(nèi)驅(qū)動(dòng)控制器件由于工藝等原因無法滿足長壽命的需要。本發(fā)明在借鑒各種電路原理的基礎(chǔ)上，自主設(shè)計(jì)了一種由分立器件構(gòu)成的帶恒流驅(qū)動(dòng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)電路的國產(chǎn)化設(shè)計(jì)。3、抗輻加固設(shè)計(jì)
為滿足空間環(huán)境輻照總劑量的要求，電機(jī)控制器的機(jī)殼均采用厚度為3mm的鋁板，選用元器件的輻照指標(biāo)在30Krad(Si)以上，對無法采購到抗幅要求的元器件進(jìn)行抗輻照試驗(yàn)，并對沒有滿足30Krad(Si)要求的元器件采取在器件表面貼加鉛皮的抗輻照設(shè)計(jì)。綜上所述可知，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明的一種高可靠兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的分辨率提高，振動(dòng)、噪聲和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)問題得到明顯改善，電路根據(jù)電機(jī)主備繞組的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了相同的主備電路，元器件采用抗輻照設(shè)計(jì)，可滿足航天產(chǎn)品長壽命、高可靠性的要求。因本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，本發(fā)明可以以許多其他具體形式實(shí)現(xiàn)而不脫離本發(fā)明的精神或范圍。盡管業(yè)已描述了本發(fā)明的實(shí)施例，應(yīng)理解本發(fā)明不應(yīng)限制為這些實(shí)施例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可如所附權(quán)利要求書界定的本發(fā)明精神和范圍之內(nèi)作出變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種高可靠兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器，其特征在于，包括主電路模塊、備電路模塊和冗余切換電路模塊，所述主電路模塊與備電路模塊通過冗余切換電路模塊連接，所述的主電路模塊包括RS232通信子模塊、CPU控制子模塊、細(xì)分與速度輸出子模塊以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)子模塊，所述RS232通信子模塊、CPU控制子模塊、細(xì)分與速度輸出子模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)子模塊依次連接，所述備電路模塊包括RS232通信子模塊、CPU控制子模塊、細(xì)分與速度輸出子模塊以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)子模塊，所述RS232通信子模塊、CPU控制子模塊、細(xì)分與速度輸出子模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)子模塊依次連接，RS232通訊模塊接受上位機(jī)的速度控制指令并將指令送至CPU控制子模塊，CPU控制子模塊根據(jù)不同的速度輸出脈寬可調(diào)的脈沖信號送至細(xì)分與速度輸出子模塊，細(xì)分與速度輸出子模塊將經(jīng)過處理后的電機(jī)脈沖信號送至電機(jī)驅(qū)動(dòng)子模塊，以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按照設(shè)定的速度執(zhí)行對日定向任務(wù)。
2.如權(quán)利要求I所述的一種高可靠兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器，其特征在于，所述主電路模塊和備電路模塊還分別設(shè)有電流反饋?zhàn)幽K，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)子模塊輸出端口與電流反饋?zhàn)幽K輸入端口連接，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)子模塊輸入端口與電流反饋?zhàn)幽K輸入端口連接， 細(xì)分與速度輸出子模塊中的電機(jī)脈沖信號與電流反饋?zhàn)幽K中電機(jī)反饋電流信號通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)子模塊中的射極跟隨電路構(gòu)建了電機(jī)電流的閉環(huán)控制，從而電機(jī)電流實(shí)現(xiàn)了 256細(xì)分的恒流控制。
3.如權(quán)利要求I所述的一種高可靠兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器，其特征在于，所述RS232 通訊模塊通過RS422通訊模塊與上位機(jī)連接。
4.如權(quán)利要求I所述的一種高可靠兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器，其特征在于，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)子模塊與步進(jìn)電機(jī)相連接，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)子模塊驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按照設(shè)定的速度執(zhí)行對日定向任務(wù)。
5.如權(quán)利要求I所述的一種高可靠兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器，其特征在于，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)子模塊有由分立器件構(gòu)成的恒流源電路。
6.如權(quán)利要求I所述的一種高可靠兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器，其特征在于，所述主電路模塊與備電路模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一致，所述主電路模塊與備電路模塊通過冗余切換電路模塊切換使用。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高可靠兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器，包括主電路模塊、備電路模塊和冗余切換電路模塊，所述主電路模塊與備電路模塊通過冗余切換電路模塊連接，所述的主電路模塊與備電路模塊分別包括RS232通信子模塊、CPU控制子模塊、細(xì)分與速度輸出子模塊以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)子模塊，所述RS232通信子模塊、CPU控制子模塊、細(xì)分與速度輸出子模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)子模塊依次連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一種高可靠兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的分辨率提高，振動(dòng)、噪聲和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)問題得到明顯改善，電路根據(jù)電機(jī)主備繞組的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了相同的主備電路，元器件采用抗輻照設(shè)計(jì)，可滿足航天產(chǎn)品長壽命、高可靠性的要求。
文檔編號H02P8/14GK102931900SQ20121046299
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)明者張軍, 葛悅, 劉超, 孫海林, 周偉幸 申請人:上海宇航系統(tǒng)工程研究所