平稳带反馈的电机驱动系统及实现环步进电机的控制方法

技术领域

本发明涉及电机驱动技术领域，特别涉及一种平稳带反馈的电机驱动系统及其实现环步进电机的控制方法。

背景技术

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。

目前现有设计方案存在如下问题：

1、步进电机控制方案，是开环算法，会出现驱动不平稳，整机转动不顺畅；

2、闭环步进电机、伺服电机精度好，但价格控制电路复杂。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种平稳带反馈的电机驱动系统及其实现环步进电机的控制方法。

为了实现上述目的，本发明技术方案如下：

本发明提供一种平稳带反馈的电机驱动系统，包括：MCU控制模块、电机驱动模块、采样模块；

所述MCU控制模块对应端分别与电机驱动模块、采样模块对应端电性连接；

所述MCU控制模块用于控制电机驱动模块驱动电机进行转动；

所述采样模块用于采集电机转动的信息，并反馈给MCU控制模块。

优选的，所述MCU控制模块包括一MCU控制电路，该MCU控制电路包括ZB32L003F8P6T控制芯片U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C3、电容C4、电容C5；所述ZB32L003F8P6T控制芯片U1第2引脚经电阻R4与电阻R1一端电性连接，第3引脚经电阻R3与电阻R2一端电性连接，第4引脚分别电容C4、电阻R6一端电性连接，第8引脚经电容C3接地，第9引脚经电容C5接地，第11引脚与电阻R8一端电性连接，第12引脚与电阻R7一端电性连接；所述电阻R2另一端与电阻R6另一端电性连接；所述电容C4另一端接地。

优选的，所述电机驱动模块包括电机驱动电路，该电机驱动电路包括ULN2803A驱动芯片U2、电阻R9、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、J1插座、J2插座；

所述ULN2803A驱动芯片U2第13引脚分别与电容C10、电阻R9一端电性连接，所述电容C10另一端接地；

所述J1插座第1引脚分别与电容C7一端、电容C6一端、ULN2803A驱动芯片U2第13引脚对应端电性连接，所述电容C6另一端与电容C7另一端电性连接且接地，所述J1插座第2引脚、第3引脚、第4引脚、第5引脚对应与ULN2803A驱动芯片U2的第21引脚、第20引脚、第19引脚、第18引脚对应端电性连接；

所述J2插座第1引脚分别与电容C9一端、电容C8一端、ULN2803A驱动芯片U2第13引脚对应端电性连接，所述电容C8另一端与电容C9另一端电性连接且接地；所述J2插座第2引脚、第3引脚、第4引脚、第5引脚对应与ULN2803A驱动芯片U2的第17引脚、第16引脚、第15引脚、第14引脚对应端电性连接

优选的，所述采样模块包括一采样电路，该采样电路包括采样电阻，该采样电阻由镍铬合金片或康铜丝和滑动触头组成。

本发明还提供一种实现环步进电机的控制方法，其特征在于，包括电机实时转动校准控制方法和电机转动校正控制方法；

所述电机实时转动校准控制方法包括步骤如下：

步骤S1：MCU记录电机初始化转动的角度值；

步骤S2：设备检测到画面侦测移动；

步骤S3：MCU主动发出转动电机角度a指令；

步骤S4：MCU控制电机转动；

步骤S5：MCU通过采样电路采集电阻R和电机转动角度a的时刻电阻R1，计算实际转动角度a1；

步骤S6：MCU判断a1-a的值是否为零来控制电机转动方向；

所述电机转动校正控制方法包括如下步骤：

步骤X1：系统记录当前画面的角度信息c；

步骤X2：MCU开始计时，在设定的时间后开始测量实际角度；

步骤X3：MCU通过采样电路采集电阻R和电机转动角度c的时刻电阻R1，计算实际转动角度A1；

步骤X4：MCU判断A1-c的值是否为零来控制电机转动方向。

优选的，所述步骤S6中a1-a＝0，则结束此过程；若a1-a>0，则MCU发出向反方向转动角度b，继续步骤S4-S6，直到a1-a＝0结束；若a1-a<0，则MCU发出向正方向转动角度b1的指令，继续步骤S4-S6，直到a1-a＝0结束。

优选的，所述步骤X4中A1-c＝0，则结束此过程；若A1-c>0，则MCU发出向反方向转动角度d，继续步骤X3-X4，直到A1-c＝0结束；若A1-c<0，则MCU发出向正方向转动角度d1的指令，继续步骤X3-X4，直到A1-c＝0结束。

采用本发明的技术方案，具有以下有益效果：

1、本发明电路成本低。

2、本发明功能稳定，减少售后问题与售后成本。

3、本发明实现步进电机精准转动和闭环转动。

本发明方案主要是设计一种平稳带反馈的电机驱动设计方案，本设计方案使用MCU+算法、电机驱动+步进电机、采样电路模块，通过电机运动+实时转动反馈+电机转动修正的方式实现步进电机平滑转动、精准转动的功能。

附图说明

图1为本发明控制模块示意图；

图2为本发明MCU控制模块电路原理图；

图3为本发明电机驱动模块电路原理图；

图4为本发明采样模块电路原理图；

图5为本发明电机实时转动校准控制方法流程图；

图6为本发明电机转动校正控制方法流程图

图7为本发明采样电路反馈设置安装位置图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

参照图1至图7，本发明提供一种平稳带反馈的电机驱动系统，包括：MCU控制模块100、电机驱动模块200、采样模块300；所述MCU控制模块100对应端分别与电机驱动模块200、采样模块300对应端电性连接；所述MCU控制模块100用于控制电机驱动模块200驱动电机进行转动；所述采样模块300用于采集电机转动的信息，并反馈给MCU控制模块100。

本实施例中本MCU控制模块100主要做三个功能，UART通信功能主要实现MCU与其他主控的数据传递，马达驱动功能是实现马达左右、上下转动功能，采样电路主要是采集不同长度来识别不同位置的信息，同时根据位置信息来调整电机转动，本设计方案采用ZB32L003F8P6T，其他MCU方案都可以；所述MCU控制模块100包括一MCU控制电路101，该MCU控制电路101包括ZB32L003F8P6T控制芯片U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C3、电容C4、电容C5；所述ZB32L003F8P6T控制芯片U1第2引脚经电阻R4与电阻R1一端电性连接，第3引脚经电阻R3与电阻R2一端电性连接，第4引脚分别电容C4、电阻R6一端电性连接，第8引脚经电容C3接地，第9引脚经电容C5接地，第11引脚与电阻R8一端电性连接，第12引脚与电阻R7一端电性连接；所述电阻R2另一端与电阻R6另一端电性连接；所述电容C4另一端接地。

本实施例中U2采用ULN2803A来做步进马达驱动，通过设置不同的频率，按照步进电机四线八拍的方式，设置500HZ左右的转动频率来驱动马达转动；所述电机驱动模块200包括电机驱动电路201，该电机驱动电路201包括ULN2803A驱动芯片U2、电阻R9、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、J1插座、J2插座；所述ULN2803A驱动芯片U2第13引脚分别与电容C10、电阻R9一端电性连接，所述电容C10另一端接地；所述J1插座第1引脚分别与电容C7一端、电容C6一端、ULN2803A驱动芯片U2第13引脚对应端电性连接，所述电容C6另一端与电容C7另一端电性连接且接地，所述J1插座第2引脚、第3引脚、第4引脚、第5引脚对应与ULN2803A驱动芯片U2的第21引脚、第20引脚、第19引脚、第18引脚对应端电性连接；所述J2插座第1引脚分别与电容C9一端、电容C8一端、ULN2803A驱动芯片U2第13引脚对应端电性连接，所述电容C8另一端与电容C9另一端电性连接且接地；所述J2插座第2引脚、第3引脚、第4引脚、第5引脚对应与ULN2803A驱动芯片U2的第17引脚、第16引脚、第15引脚、第14引脚对应端电性连接

所述采样模块300包括一采样电路301，该采样电路301包括采样电阻，该采样电阻由镍铬合金片或康铜丝和滑动触头组成。

本实施例对采样电阻的阻值进行说明例如：参照图7：在中位置1放置镍铬合金片或康铜片，绕结构直径35cm的圆缠绕350度。在图7中位置2处放置滑动触头。本次设计采样电路采用0-200欧姆的镍铬合金片。

根据R＝200，圆D＝35cm，长度L＝3.14*35＝110cm

平均电阻率为α＝350/R

在l处的电阻为

在l处的角度的电阻测量电阻为R1，此时的角度为：

从上面公式可以看出再要能够测量110cm的电阻值R和l处电阻值R1，即可知道角度β的大小。

通过此种方法，U1实时测量R1和R值，实时的转动角度大小，通过角度来判断步进电机是否转动到正确的位置，U1来驱动电机向前或者先后转动。

参照图5至图6，本发明还提供一种实现环步进电机的控制方法，包括电机实时转动校准控制方法和电机转动校正控制方法；

所述电机实时转动校准控制方法包括步骤如下：

步骤S1：MCU记录电机初始化转动的角度值；

步骤S2：设备检测到画面侦测移动；

步骤S3：MCU主动发出转动电机角度a指令；

步骤S4：MCU控制电机转动；此时通过MCU控制电机驱动和电机一起实现转动指令。

步骤S5：MCU通过采样电路采集电阻R和电机转动角度a的时刻电阻R1，计算实际转动角度a1；其中R是原材料设计的电阻值，R1是实时采样电阻。

步骤S6：MCU判断a1-a的值是否为零来控制电机转动方向；

所述步骤S6中a1-a＝0，则结束此过程；若a1-a>0，则MCU发出向反方向转动角度b，继续步骤S4-S6，直到a1-a＝0结束；若a1-a<0，则MCU发出向正方向转动角度b1的指令，继续步骤S4-S6，直到a1-a＝0结束。

所述电机转动校正控制方法包括如下步骤：

步骤X1：系统记录当前画面的角度信息c；

步骤X2：MCU开始计时，在设定的时间(时间可以自定义设置)后开始测量实际角度；

步骤X3：MCU通过采样电路采集电阻R和电机转动角度c的时刻电阻R1，计算出来角度A1；

步骤X4：MCU判断A1-c的值是否为零来控制电机转动方向。

所述步骤X4中A1-c＝0，则结束此过程；若A1-c>0，则MCU发出向反方向转动角度d，继续步骤X3-X4，直到A1-c＝0结束；若A1-c<0，则MCU发出向正方向转动角度d1的指令，继续步骤X3-X4，直到A1-c＝0结束。

本设计方案主要是针对开环步进电机无法精准转动问题，提出一种使用MCU+算法、电机驱动+步进电机、采样电路模块，通过电机运动+实时转动反馈+电机转动修正的方式实现步进电机平滑转动、精准转动的设计方案。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。