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数控机床中的步进电机高精度控制模块设计.pdf

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工程资料名称:数控机床中的步进电机高精度控制模块设计.pdf
资料语言:简体中文
资料介绍:
现代电子技术 Apr
ModernElectronicsTechnique Vol
1004?373x
侯晓方,陶宝峰
陕西国防工业职业技术学院,陕西西安 710300;2
西北政法大学,陕西西安 710063
摘要传统的数控机床步进电机控制模块无法有效协调步进电机速度参数间的关系,导致其控制精度不高。为此,
设计数控机床步进电机高精度控制模块。模块中的STM32F103微控制器根据综合线性速度控制函数,给出步进电机运行流
程的控制指令。FPGA根据控制指令生成控制信号,传输给步进电机驱动器。步进电机驱动器根据控制信号中控制位置的排
序,依次将控制电流导入步进电机,实现模块对被控对象的准确控制。光栅传感器对步进电机的运行流程进行采集,FPGA通
过分析采集信息,给出步进电机的具体运行成果并传输给STM32F103微控制器,实现STM32F103微控制器对步进电机运行流
程的实时监控和修正。实验结果表明,所设计的模块具有优良的响应效果、控制误差和控制成果,可实现高精度控制。
关键词数控机床;步进电机;STM32F103;控制模块
中图分类号TN876
3?34;TH39文献标识码A文章编号1004?373X201708?0129?05
Designofsteppermotorhigh?precisioncontrolmoduleinnumericalcontrolmachinetool
HOUXiaofang,TAOBaofeng
ShaanxiInstituteofTechnology,Xian710300,China;2
NorthwestUniversityofPoliticalScienceandLaw,Xian710063,China
AbstractThetraditionalsteppermotorcontrolmoduleofthenumericalcontrolmachinetoolcanteffectivelycoordinate
therelationshipamongthespeedparametersofthesteppermotor,andhaslowcontrolprecision
Therefore,thesteppermotor
high?precisioncontrolmoduleofthenumericalcontrolmachinetoolwasdesigned
TheSTM32F103inthemodulegivesthecon?
trolinstructionofthesteppermotor′srunningprocessaccordingtothesyntheticallinearspeedcontrolfunction
TheFPGAgener?
atesthecontrolsignalaccordingtothecontrolinstrument,andtransmitsittothesteppermotordriver
Thesteppermotordriver
importsthecontrolcurrentintothesteppermotoraccordingtothesortingofcontrolpositionsinthecontrolsignal
Theaccurate
controlofthecontrolledobjectisimplementedwiththemodule
Thegratingsensoracquirestherunningprocessofthestepper
TheFPGAgivesoutthespecificrunningresultofthesteppermotorbyanalysisofthecollectedinformation,andtrans?
mits itto STM32F103
The real?time monitoring and correction ofthe running process ofthe steppermotorare realized with
STM32F103
Theexperimentalresultsshowthatthedesignedmodulehasgoodresponseeffect,controlerrorandcontrolresult,
andcanrealizethehigh?precisioncontrol
Keywordsnumericalcontrolmachinetool;steppermotor;STM32F103;controlmodule
精度不高。现如今,数控领域对数控机床中步进电机高
0引言
精度控制模块,产生了较大的需求。
步进电机是种能够实现控制信号数模转换的控
控制精度包括响应效果、控制误差和控制成果,传
制设备,与其他控制设备相比,其拥有控制误差不累计、
统的数控机床步进电机控制模块均无法完全实现高精
鲁棒性强等优点。在强调自动化办公的当今社会中,步
度控制。如文献7基于电磁铁设计数控机床步进电机
进电机被广泛应用于数控、计量、器械等领域。在数
控制模块,其将电磁铁产生的电磁扭矩作为控制媒介,
控领域中,步进电机以其稳定的控制水平成为数控机床
实现对被控对象的有效控制。但电磁铁易受干扰,将导
中的核心控制设备。但在传统的数控机床步进电机控
致整个模块的鲁棒性被破坏,故其响应效果、控制误差
制模块无法有效协调步进电机速度参数间的关系,控制
和控制成果均不好。文献8基于单片机设计数控机床
步进电机控制模块,该模块利用单片机较为强大的控制
性能,结合部分外接电路,实现了对被控对象的有效控
收稿日期2016?08?10
基金项目国家自然科学基金11526163制。其响应效果和控制误差较好,但在多线程控制下单
现代电子技术 Apr
Modern现El代ect电ro子nic技sT术echnique Vol
d片oi机1耗0
1能66较52大j
,is导sn致
10控04制?3信73号x
2不01稳7
0定8
,0故36模块的控制成由于步进电机只有在驱动器存在的情况下才能正
果不好。文献9设计基于电子电路的数控机床步进电常运行,故FPGA与步进电机并非直接相连。FPGA先
机控制模块,电子电路产生的控制信号可直接被步进电将控制信号传输给步进电机驱动器,步进电机驱动器根
机所使用,有效提高了模块的控制精度。但该模块更改据控制信号中控制位置的排序,依次将步进电机所需的
控制策略的步骤非常复杂,故只适用于控制策略较为稳控制电流导入步进电机,以实现对被控对象的准确控
定的被控对象。文献10设计基于可编程逻辑控制器的
制。在所设计的数控机床步进电机高精度控制模块中,
侯晓方,陶宝峰
数控机床步进电机控制模块,可编程逻辑控制器的本质
光栅传感器的作用是对步进电机的运行流程进行采
陕西国防工业职业技术学院,陕西西安 710300;2
西北政法大学,陕西西安 710063
就是工业计算机,其价格便宜、使用简单,具有较强的实
集。其将所采集到的信息传输给FPGA,FPGA对信息
用性。在控制工作中,可编程逻辑控制器用其输出的方
内容进行判断,得出步进电机的具体运行结果,并将其
摘要传统的数控机床步进电机控制模块无法有效协调步进电机速度参数间的关系,导致其控制精度不高。为此,
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