PC—based高精度步进式位置伺服系统

0 引言

　　步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移或直线位移的控制电机，它可用数字信号直接进行开环控制组成位置控制系统，并且系统定位度高，具有良好的跟踪性能，没有积累误差。步进电机转子的位移量严格正比于输入脉冲数，平均转速严格正比于输入脉冲频率。尤其是混合式步进电动机具

　　有小步距角、快速启停、消耗功率小、断电时有定位转矩的特点，越来越多在工业中得到应用。同时采用细分控制策略又大幅度提高步进电动机的分辨率，并且有效地抑制单步运行中所产生的噪声和振荡现象，无需专门的阻尼器，既减小了控制器的体积，又降低了成本。利用两相混合式步进电机及细分驱动器的优点，基于DEC4T运动控制卡组成一套双坐标的位置伺服控制系统。该系统配备了基于网络技术的视窗交互式控制软件，可以实现二维运动轨迹的合成、插补运算以及在线高速轨迹跟踪和控制，同时具有图示化的编程功能。基于该平台可方便地实现各种数控系统的实验及仿真研究。

1 系统控制方案及软硬件结构设计

　　以步进电机及其驱动器作为的执行部件的位置伺服系统，它最大的优点就是能够在开环系统中达到精确的控制。在该开环步进式位置伺服系统中指令信号是单向流动的，由DEC4T卡发出的指令脉冲，经细分驱动器、两相混合式步进电机，通过滚珠丝杠驱动双坐标平台移动。系统开环控制方案如图1。

图1系统开环控制方案

　　1.1 基于ISA总线的运动控制卡

　　DEC4T运动控制卡是德国MOVTEC公司开发出来的针对ISA总线的运动控制卡。它用于控制步进电机和数字伺服电机，最多可以控制4轴4联动，进行直线、圆弧插补和样条函数等运动。DEC4T运动控制卡作为步进电机的上位单元，与计算机构成主从式控制结构。计算机主要完成人机交互界面的管理、控制系统的检测和控制工作;运动控制卡接收计算机CPU发出的指令，进行运动轨迹的规划。这包括脉冲的方向和方向信号的输出、自动升降速处理、原点和限位开关等信号的检测。系统具有软件搜索参考点和软件限位功能，可以保证电机和滚珠丝杠等精密部件不在系统运行中损坏。

　　1.2 系统执行机构

　　系统的执行机构采用整体式稀土永磁混合两相步进电动机，该类电机兼有反应式和永磁式步进电机的优点。它既可以像反应式步进电机一样实现小步距角运转，有较高的起动和运行频率;同时又可以像永磁式步进电机那样，控制功率小，功耗低，输出力矩大，具有定位转矩。为了减小低速转矩脉动和噪音，提高运行平稳性、分辨率和精度，电机采用小步距角细分控制，以确保步进电机不丢步，快速实现连续平滑调节。

　　1.3 系统的控制软件

　　系统采用通用数控软件EdiTasc来实现对硬件的控制功能。其中包括连续点动、搜索参考点、软件限位和在线编写运动轨迹等。EdiTasc是一个高度开放的开发平台，可以直接控制各种工业自动化设备，开发专用的界面和控制系统。其汉化软件可以识别国际标准的D工N66025G代码和MTASC高级语言。EdiTas。由底层运动控制软件和用户操作界面组成，底层运动控制软件跟运动控制卡建立通讯，对运动控制卡的插补运动进行控制，同时也可以对所需要的参数进行设置。EdiTasc软件可以接收来自多种CAD/CAM软件产生的加工程序，如Mas-tercam、海尔软件和文泰软件等。

　　图2所示为步进式位置伺服软硬件系统结构设计原理。

图2步进式位置伺服软硬件系统结构设计原理