FPGA在步進(jìn)電機控制中的應用

步進(jìn)電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖數來(lái)控制步進(jìn)電機的角位移量，從而達到準確定位的目的，同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機的速度和加速度，從而達到調速的目的。由于步進(jìn)電機控制簡(jiǎn)單、運行可靠，所以被廣泛應用于各種控制裝置中。
電機鐵芯扭槽疊扣沖壓控制系統是為實(shí)現模具加工智能化控制要求，為企業(yè)設計的實(shí)用性產(chǎn)品，其要求是對高速沖床附加一智能模具控制器，該控制器在不影響沖床原有的運行及控制的基礎上，采集相關(guān)的輸入信號，并實(shí)現對所沖模具的有效控制。本文設計的控制器要求扭槽模具每沖一片后移動(dòng)一個(gè)步距到達另一個(gè)特定位置，再沖另一片，連續沖出的鐵芯片，經(jīng)疊壓后，形成所要求的扭槽形狀。控制系統強調鐵芯加工過(guò)程中的角度位移控制，希望具有足夠高精度的步距角，并且運行穩定性好。控制系統選用了兩相混合型步進(jìn)電機作為位置控制機構，通過(guò)FPGA的控制，將輸入的脈沖信號線(xiàn)性地轉換為位移量，從而控制電機鐵芯的扭槽。
傳統步進(jìn)電機控制電路的實(shí)現多用單片機或專(zhuān)用接口芯片，此類(lèi)方法存在單片機易受電機干擾，專(zhuān)用接口芯片使用靈活性差等缺點(diǎn)。本文提出的利用FPGA實(shí)現步進(jìn)電機控制的方案，具有修改方便、使用靈活、可靠性高、可移植性強等優(yōu)點(diǎn)。

1 控制系統的硬件組成
步進(jìn)電機控制的最大特點(diǎn)是開(kāi)環(huán)控制，不需要反饋信號。因為步進(jìn)電機的運動(dòng)不產(chǎn)生旋轉量的誤差累積。由FPGA實(shí)現的步進(jìn)電機控制系統結構如圖1所示?？刂葡到y中的核心芯片是FPGA，如虛線(xiàn)所示。它由兩大功能模塊組成：a．速度控制模塊，核心是鎖相環(huán)PLL宏模塊電路，它在不同速度控制信號作用下，可將經(jīng)時(shí)鐘分頻器分頻后的系統時(shí)鐘改變?yōu)椴煌腜WM信號，將此信號作為速度控制模塊的變頻時(shí)鐘，可達到改變步進(jìn)電機速度的目的；b．方向控制模塊，核心是脈沖分配電路，在每一個(gè)變頻時(shí)鐘周期內，脈沖分配器可在不同的方向控制信號下產(chǎn)生不同方向的步進(jìn)時(shí)序脈沖，從而控制步進(jìn)電機順2步進(jìn)電機及其驅動(dòng)器的選用步進(jìn)電機可以用數字信號直接控制，隨著(zhù)數字控制系統的發(fā)展，步進(jìn)電機的應用也越來(lái)越廣泛。

步進(jìn)電機需配置一個(gè)專(zhuān)用的電源供電，電源的作用是讓電動(dòng)機的控制繞組按照特定的順序通電，即受輸入的電脈沖控制而動(dòng)作，這個(gè)專(zhuān)用電源稱(chēng)為驅動(dòng)電源(或驅動(dòng)電路)。步進(jìn)電機及其驅動(dòng)電源是一個(gè)互相聯(lián)系的整體，步進(jìn)電機的運行性能是由電動(dòng)機和驅動(dòng)電源兩者配合所形成的綜合效果。
本文選用的是北京斯達微步控制技術(shù)有限公司的86BYG250C型兩相混合步進(jìn)電機，選用的驅動(dòng)器是該公司生產(chǎn)的、與86BYG250C型步進(jìn)電機相配套的MS2H090M型驅動(dòng)器。該驅動(dòng)器采取先進(jìn)的細分技術(shù)，使電機運行更加平穩。
86BYG250C步進(jìn)電機的主要技術(shù)參數如表1所示。

MS-2H090M型驅動(dòng)器的主要性能參數如表2所示。