[发明专利]一种两相步进电机驱动电路及电机故障检测方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种步进电机，尤其是涉及一种两相步进电机驱动电路及电机故障检测方法。

背景技术

步进电机作为执行元件，广泛应用在各种自动化控制系统中，步进电机由于其自身特点，一旦在运行过程中发生负载突然变化、共振等情况，就会导致严重丢步甚至出现堵转的现象，发生这样的情况需要步进电机马上停止运行，以免产生更为严重的后果。

结合步进电机自身运行特点及从成本方面考虑，步进电机通常采用开环控制的方式，导致出现上述问题时无法实时的检测。加入编码器或位置传感器等组成的反馈回路，虽然可以实现实时故障检测，但编码器或位置传感器安装复杂且成本较高，并不是一种理想的解决方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种不需外接编码器或位置传感器、成本较低的两相步进电机驱动电路及故障检测方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种两相步进电机驱动电路，其特征在于包括FPGA控制电路、与步进电机相连的驱动器和检测电路，检测电路与步进电机连接，检测电路与FPGA控制电路连接，驱动器与FPGA控制电路连接，检测电路对步进电机绕组电流频率进行检测，检测到的信号反馈给FPGA控制电路，FPGA控制电路判断步进电机是否发生运行故障。

FPGA控制电路包括串口通信模块、步进电机驱动控制模块、预置频率模块和步进电机故障判断模块，串口通信模块与步进电机驱动控制模块连接，步进电机驱动控制模块与预置频率模块连接，预置频率模块与步进电机故障判断模块连接，步进电机故障判断模块与串口通信模块连接，步进电机驱动控制模块与驱动器连接，步进电机故障判断模块与检测电路连接。

FPGA控制电路包括型号为EP2C5T144的第一芯片及外围电路，驱动器包括型号为A3977的第二芯片及外围电路，第一芯片与第二芯片相互连接，第二芯片的OUT1A引脚与步进电机一相绕组的一端连接，第二芯片的OUT1B引脚通过第一采样电阻与步进电机一相绕组的另一端连接，第二芯片的OUT2A引脚与步进电机二相绕组的一端连接，第二芯片的OUT2B引脚通过第二采样电阻与步进电机二相绕组的另一端连接。

所述的检测电路包括第一运算放大器和第二运算放大器，步进电机一相绕组与第一采样电阻之间的连接点通过第一电阻与第一运算放大器的正极输入端连接，第二芯片的OUT1B引脚与第一采样电阻之间的连接点通过第二电阻与第一运算放大器的负极输入端连接，第一运算放大器的正极输入端通过第三电阻接地，第一运算放大器的负极输入端与第一运算放大器的输出端之间设置有第四电阻，第一运算放大器的输出端通过第五电阻与第二运算放大器的负极输入端连接，第二运算放大器的正极输入端通过第六电阻接地，第二运算放大器的负极输入端通过电容接地，第二运算放大器的正极输入端与第二运算放大器的输出端之间设置有第七电阻，第二运算放大器的输出端通过二极管与第一芯片的U0引脚连接，二极管的负极通过第八电阻接地。

5．一种两相步进电机故障检测方法，其特征在于包括如下步骤：

A：测算步进电机运转时绕组电流的频率；

步骤A包括如下具体步骤：A1：检测电路采样步进电机绕组电流并将电流转化为电压；并对转换后的电压进行滤波和整形，形成矩形脉冲；

A2：FPGA控制电路中的步进电机故障判断模块对形成的矩形脉冲的频率进行测算；

B：根据测得的绕组电流频率与预置频率相比较，输出步进电机是否故障的检测结果；

B1：设定基于A3977的两相步进电机的驱动器的电流细分模式；

B2：根据设定的电流细分模式计算预置频率；

B3：测得的绕组电流频率与预置频率相比较，将比较得到的差值与预设的阈值相比较，若比较得到的差值大于预设的阈值，则输出步进电机故障的检测结果，若比较得到的差值小于预设的阈值，则输出步进电机正确的检测结果。

B1步骤中的电流细分模式取1、1/2、1/4或1/8。

预置频率由如下公式得到：                                               

    其中，f表示预置频率，P表示电流细分模式，f_step为步进脉冲频率。