步進電機全閉環控制

步進電機由於體積精巧、價格低廉、運行穩定，在低端行業應用廣泛，步進電機運動控制實現全閉環，是工控行業的一大難題。

主要問題有兩個，原點的不確定性和失步，目前，採用高速光電開關作為步進系統的原點，這個誤差在毫米級，所以在精確控制領域，是不能接受的。另外，為了提高運行精度，步進系統的驅動採用多細分，有的大於16，假如用在往復運動過程中，誤差大的驚人。已經不能適應加工領域。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201612/331305.htm

為此，提出步進電機全閉環控制系統，以適應目前運動控制領域的需求。

1、 硬體連接

硬體連接加裝編碼器，根據細分要求，採用不同等級的解析度編碼器進行實時反饋。

2、 原點控制

根據編碼器的Z信號，識別、計算坐標原點，同數控系統相同，精度可以達到2/編碼器解析度×4。

3、 失步控制

根據編碼器的反饋數據，實時調整輸出脈衝，根據失步調整程度，採取相應辦法。

下圖是電路原理

4、 電路原理描述

電路採用超大規模電路FPGA,輸入、輸出可以達到兆級的相應頻率，電源3.3V,利用2596開關電源，將24V轉為3.3V,方便實用。

輸入脈衝與反饋脈衝進行4倍頻正交解碼後計算，及時修正輸出脈衝量和頻率。

5、 應用描述

本電路有兩種模式，返回原點模式和運行模式。當原點使能開關置位時，進入原點模式，反之，進入運行模式。

在原點模式，以同步於輸入脈衝的頻率輸出脈衝，當碰到原點開關後，降低輸出脈衝頻率，根據編碼器的Z信號，識別、計算坐標原點。返回原點完成後，輸出信號。此信號及其數據在不斷電的情況下，永遠保持。

在運行模式，以同步於輸入脈衝的頻率輸出脈衝，同時計算反饋數據，假如出現誤差，及時修正。另外，大慣量運行時，加減速設置不合理的情況下，可能會及時反向修正。

6、 技術指標

(1)輸入輸出相應頻率：≤1M;

(2)脈衝同步時間誤差：≤10ms;(主要延誤在反向修正，不考慮反向修正，≤10us)

(3)重定位電氣精度： ≥2/編碼器解析度×4/馬達解析度×細分)

(4)重定位原點電氣精度≥2/編碼器解析度×4/馬達解析度×細分)

(5)適應PNP,NPN接口

(6)適應伺服脈衝控制

(7)適應各種編碼其接口

步進電機運動控制一旦解決上述問題，增加數百元成本的情況下可以實現全閉環控制，毫不遜色於伺服系統。特別是其價格低廉、控制簡單、壽命長久的特點在某些場合，可能優於伺服系統。