[实用新型]一种3D打印中的步进电机控制电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种步进电机的控制技术，尤其是在3D打印领域中使用的步进电机。

背景技术

3D打印中的电机控制，实际上是一种运动控制。根据运动控制的不同特点与应用领域，运动控制系统可以分为点位运动系统与同步运动系统三种类型。点位运动系统的特点是仅对终点位置有要求，与运动的中间过程即运动轨迹无关，这种运动被称为点位运动，主要应用在数控钻床、印刷电路板(PCB)钻床、表面贴片机(SMT)、集成电路插装机等领域；同步运动系统的特点是对多个轴之间的运动进行协调控制以实现位置或速度的同步，这种运动被称为同步运动，主要应用在工业中套色印刷、包装机械、造纸、轧钢等领域。

由于通常的运动控制器只具有直线插补与圆弧插补功能，因此逼近方法一般采用直线逼近与圆弧逼近两种方式。直线逼近又叫线性逼近，是常用的逼近曲线方法，其原理简单，通常采用曲率圆弧来近似估计逼近误差以计算符合精度要求的逼近直线段参数变量，并且应用范围广，可以用直线逼近各种复杂曲线。直线逼近虽然计算简单，应用范围广，但是缺点是生成的逼近曲线不是一阶连续的，在期望精度高的场合生成的逼近直线段数太多，造成数据存储和传输上的负担，影响运动的效率。圆弧逼近在一定程度上可以弥补直线逼近的不足，采用适当的逼近方法可以生成一阶几何连续的逼近曲线，并且生成的逼近圆弧数量较少，难点在于控制逼近误差的计算较复杂，难以解析地求解出目标曲线与逼近圆弧之间的距离，往往需要借助数值计算方法才能求解出满足精度要求的逼近圆弧参数。

插补是运动控制器的核心功能，它是对由分段直线、圆弧等简单曲线组成的目标曲线按照进给速度的要求实时进行“数据点的密化”生成由离散位置点序列组成的逼近轨迹，发送给伺服驱动系统逐点进行跟踪控制，从而实现多轴连续轨迹运动。根据算法结构的不同，通常把插补方法分为脉冲增量法与数据采样法两大类。脉冲增量法的特点是通过若干次迭代运算完成对目标曲线的插补，每次迭代运算时在一个方向上只生成一个进给脉冲输出给伺服电机，根据生成的脉冲的频率高低来决定进给速度的快慢。脉冲增量法一般采用加法、乘法、移位与比较等简单运算来完成，运算量小，进给速度较低，通常只能插补一些形式比较简单的曲线如直线、圆弧等。数据采样法的特点是采用粗、精两步来完成对目标曲线的插补：第一步是粗插补，在目标曲线的起点与终点之间插入若干个点，在插入的点之间采用直线段连接以实现对目标曲线的逼近，每段直线段对应一个插补周期并且直线段的长度满足进给速度的要求；第二步是精插补，它是在粗插补得到的直线段上进行“数据点的密化”，实现对直线段的逼近。数据采样法的应用范围比脉冲增量法广，可以实现各种复杂曲线的插补，但是计算量也随目标曲线的复杂性相应地增加，使得实时性有所降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新型的、能够大规模普及应用的3D打印机中的步进电机控制电路；能够高效、准确、快速的控制步进电机。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种3D打印中的步进电机控制电路，其特征在于：所述控制电路包括主控单元、恒流斩波单元、功率驱动单元、电流检测单元以及位置检测单元；

主控单元产生相序信号，输入到恒流斩波单元与PWM波合成，将合成后的相序信号输入至功率驱动单元从而驱动步进电机；电流检测单元负责检测步进电机相电流值，电流检测单元传递信号至恒流斩波单元，位置检测单元负责检测步进电机运行位置，位置检测单元传递信号至主控单元。

上述主控单元是DSP，DSP型号为TMS320F28；

DSP接收到外部的步进电机选择和正反转信号后，在GPIOA口上八位和GPIOB口的上四位输出三台步进电机的相序信号，输出顺序依次为A、/A、B、/B；相序信号输出的是双四拍状态AB—/AB—/A/B—A/B。

上述恒流斩波单元控制绕组电流采用脉宽调制芯片SG3525；由绕组中反馈回来的相电压加到1脚反相输入端，由AD7528转换输出的给定相绕组电压信号加到2脚同相输入端；当反馈值小于基准值时，增大PWM波的占空比，从而增大绕组中流经的电流；当反馈值大于基准值时，减小PWM的占空比，减小绕组电流。