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摘要：在社会经济的不断发展中，步进电机控制系统也得到了一定的优化和改进，能够在实际的应用中将其作用和功效切实的发挥出来。当前的步进电机控制系统中主要利用的是闭环控制方式，通过光电编码器来进行检测信号的反馈，大功率驱动芯片的添加能够简化系统外围硬件电路结构，在此基础上也提升了步进电机控制系统的抗干扰能力。在对步进电机控制系统的实际运用中，要对设计工作提高重视，这样才能够在日后的应用中将其作用彻底的凸显出来，促进步进电机控制系统的快速发展。
关键词：步进电机控制系统；设计；应用
步进电机是一种将数字信息转换成角位移的控制元件，因为其自身具有步进精准、控制便捷等优势，在数控机床等一些自动化领域中得到大范围的使用。特别是在数控设备刀具快速定位系统中，由于对速度和位置的控制具有较高的要求，利用单片机来作为控制系统的处理芯片，就能够确保系统的稳定性。运用DSP芯片来作为控制芯片就能够使得步进电机形成闭环控制系统，在功率的驱动下利用THB664H专用驱动芯片，就能够使得外围硬件电路更加的简易，在进行控制器和驱动器的设计中也会更加的便捷。
1、步进电机控制系统的结构分析
1.1DSP
DSP是一种数字信号的处理器，能够实现对各种数字信号处理算法的微处理器。文章中选择的是TMS320F2812来作为主控制芯片，其中具有外设模块，能够对控制系统的硬件设计简易化。与此同时，也能够快速的中断处理能力和I/O支持，确保系统能够实时的响应。芯片中也具有快速RAM利用改良的哈佛总线结构，通过独立的总线对多个存储器进行访问，也能够同时完成数据的读取操作。同经常利用的十六位单片机相对比来看，DSP能够在复杂的数字信号中完成处理，在灵活性和高速数据处理能力上也具有一定的优势。
1.2步进电机控制系统总体方案的设计
步进电机驱动器自身是一种数字器件，速度、位置等组成的闭环反馈能够在光电编码器等传感器中实现数字化，所以在步进电机闭环控制系统中经常会选择DSP处理器。TMS320F2812在串口中接收上位机的位置指令，能够通过接收和步进电机同轴转动的电光编码器发出的位置反馈脉冲信号来作为中断信号，DSP也能够按照差值信息，向驱动器发送位置脉冲和方向脉冲信号，利用驱动器驱动步进电机来开展正常的工作。除此之外，也可以利用液晶将电机位置和速度等进行实时的监控，利用系统的闭合控制来更好的实现数控设备中刀具精准的定位。
2、硬件电路的设计
2.1串口通信电路的设计
串口通信模块的SCI接口利用的是发送和接收双线异步通信接口。系统DSP控制单元在设计中需要同将上位机通信进行数据的交换，也要进行电平的转换。系统中主要利用的是MAX232电平转换芯片，输出的电平在通过分压电阻的处理之后，将电压控制在3.3V左右，这样就能够完成与DSP管脚的连接。
2.2功率驱动电路的设计
THB664H是一种专业的PWM斩波两相步进电机专用驱动芯片，其内部集成了衰减模式设置、CMOS放大等一些电路，再加之外围电路的添加就能够更好的实现高性能、大电流的驱动电路。为了进一步提升步进电机控制系统的稳定性和可靠性，防止负载的变化产生过电流对驱动芯片和控制芯片造成影响，就要利用HCPL2530高速光电耦合器来对信号进行隔离处理，这样不但能够实现器件间的隔离和控制信号的电平转换，也能够对控制信号进行适当的调整，促进系统精密度的提升。在进行硬件电路的设计中，光耦隔离模块两侧的电源一定要利用独立的电源来进行供电。
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3、软件的设计
3.1步进电机的位置检测
步进电机是一种把电脉冲信号转换成角位移或者是线位移的开环控制元件，在非超载作用下，步进电机驱动器接收脉冲信号就要根据预定的方向来进行步进电机的驱动，使其转动到固定的角度。DSP2812中的事件管理模块定时器和相对单一的单元能够在两路电机的位置信号脉冲中进行应用。若是DSP事件管理器EV的捕获单元QEP模块被使能，与步进电机和轴转动的光电编码器产生的相差四分之一周期的正交脉冲序列，在事件管理器中作为计数寄存器的时钟源，这样就能够得到光电编码器反馈的脉冲数量。事件管理器的计数寄存器在正交脉冲中的跳变都会根据脉冲捕获的先后顺序来进行定向处理，这样也能够判断步进电机的转向和角度问题。
3.2控制系统主程序系统的设计
在步进电机控制系统运行之后就要进行初始化的设置，之后将初始位置和预定位置进行对比，并结合位置之间的差值来预测步进电机接下来的转向，将I/O口电平高低控制电机的转向加以更改。DSP控制器在对事件管理器中寄存器的值和周期寄存器的值进行更改，就能够对PWM波频率和宽度进行适当的调整，使得脉冲信号能够连续不断的进行发送。
3.3加减速控制程序
步进电机加减速只需要对其驱动脉冲频率进行控制即可，要想将其频率进行更改，就要将其脉冲输出的时间加以更改，实际上就是将相应数组的调用时间进行更改。对变量进行合理的运用，就能够降低程序编写的难度。其中su是中断次数以及控制脉冲输出的时间；num2是步进电机速度以及状态的变量和说明需要时间的驱动脉冲时间。当速度最低的状态时，num2=1.su=500；当速度逐渐加快时，num2=2 ,su=200;当速度处于中间范围时，num2=3, su=100；以此类推。
4、步进电机在地震旋转振动台模型的应用分析
高层建筑在地震的作用力下因为地面质量之间的相互运动存在一定的差异，使得地面各个部分产生平动分量和转动分量。其中转动分量使得高层建筑结构出现扭转，严重的情况下也极有可能会发生扭转振动。在此基础上扭转作用也会加剧对结构的破坏程度。在一些经常出现地震的区域，人们通过经验的累积就会对抗震分析中只是思考单量作用是远远不够的问题有所认知，多分量对高层建筑结构造成的影响和伤害也要提高重视。步进电机能够将电脉冲转化成为角位移，通过对脉冲数量的控制也能够实现对角位移量的合理控制，在对脉冲频率的控制中能够对电机转动的速度和加速度进行控制。因为步进电机在实际的应用中方式比较特殊，在设计中要尽量对步进电机的角位移进行控制，并且利用电机运动产生的角位移分量就能够模拟出高层建筑的扭转分量，能够间接的判断出地震对高层建筑的破坏程度，也能够对地震旋转振动台模型进行初步的思考和研究。
结束语
综上所述，本文在对步进电机控制系统结构进行分析的同时，将TMS320F2812作为步进电机闭环控制系统硬件电路和运行软件的主控制芯片，这样就能够促进步进电机控制和驱动的一体化，能够对开环控制系统中的不良现象加以改进和抑制。光电编码器检测反馈电路和SCI串口通信电路能够对步进电机位置进行精准的闭环控制。在日后的发展过程中，步进电机控制系统在设计中要与时俱进，并结合实际情况对其加以改进和创新，确保其在实际工作中运用的高效性和可靠性。
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[3]栾东海. 某步进电机应用系统设计及其快速重复启停特性研究[D].南京理工大学,2012.[2017-10-09].
论文作者:覃庆国
论文发表刊物:《基层建设》2017年第33期
论文发表时间:2018/3/5
标签：步进电机论文; 控制系统论文; 脉冲论文; 电路论文; 芯片论文; 位置论文; 信号论文; 《基层建设》2017年第33期论文;