[发明专利]一种步进电机细分控制系统及其控制方法

权利要求书

1.一种步进电机细分控制方法，采用一种步进电机细分控制系统实现的，该系统包含：依次连接的FPGA、功率驱动芯片、两相步进电机和谐波减速器；

其中，FPGA中包含，

正余弦信号模块，输出正余弦信号至比较器模块；

锯齿波信号模块，输出锯齿波信号至比较器模块；

比较器模块，该比较器模块对所述正余弦信号和所述锯齿波信号进行比较，输出PWM信号，PWM信号的占空比按正余弦信号的规律变化；所述功率驱动芯片的A相输出连接至两相步进电机的A相绕组，所述功率驱动芯片的B相输出连接至两相步进电机的B相绕组；

其特征在于，该方法包含如下步骤：

S1，FPGA中的正余弦信号模块输出正余弦信号至比较器模块；

所述S1步骤中，正余弦信号模块输出正余弦信号的具体步骤如下：

步骤一，按如下公式离线计算得到正弦数值y(k)：

其中，N代表细分数，M代表信号幅值，k＝0…N，k即为数据地址；

步骤二，将步骤一计算得到的(N+1)个正弦数值取整后存储到FPGA的ROM中；

步骤三，FPGA按地址0→地址N→地址0→地址N→地址0的顺序依次读取ROM数据，输出一个周期的正弦信号，同时FPGA输出正弦信号的方向，前二分之一周期记为0，代表正弦信号的值为正，后二分之一周期记为1，代表正弦信号值为负；

步骤四，FPGA按地址N→地址0→地址N→地址0→地址N的顺序依次读取ROM数据，输出一个周期的余弦信号，同时FPGA输出余弦信号的方向，前四分之一周期为0，代表余弦信号的值为正，中间二分之一周期为1，代表余弦信号值为负，最后四分之一周期为0；

S2，FPGA中的锯齿波信号模块输出锯齿波信号至比较器模块；

S3，所述比较器模块对所述正余弦信号和所述锯齿波信号进行比较，输出PWM信号至所述功率驱动芯片，PWM信号的占空比按正余弦信号的规律变化；

S4，所述功率驱动芯片输出连接至两相步进，驱动步进电机转动；

S5，所述步进电机输出步距角至谐波减速器，根据转矩需求和角分辨率需求选择减速比。

2.如权利要求1所述的步进电机细分控制方法，其特征在于，所述S2步骤中还包含：在锯齿波信号模块中设有一个1～M的循环计数器，该M的大小决定所述PWM信号的频率。

3.如权利要求2所述的步进电机细分控制方法，其特征在于，当FPGA的时钟频率为Clk，则PWM信号的频率为Clk/M，所述PWM信号的频率控制在5kHz～20kHz范围。

4.如权利要求1所述的步进电机细分控制方法，其特征在于，S3步骤中所述比较器模块对所述正余弦信号和所述锯齿波信号进行比较，输出PWM信号至所述功率驱动芯片，具体如下：

1)当锯齿波信号小于正弦信号时，比较器模块的输出信号F_PWM_A为1；当锯齿波信号大于正弦信号时，输出信号F_PWM_A为0；此输出信号F_PWM_A输出至所述功率驱动芯片，同时将S1中的正弦方向信号输出至所述功率驱动芯片；

2)当锯齿波信号小于余弦信号时，比较器模块的输出信号F_PWM_B为1；当锯齿波信号大于余弦信号时，输出信号F_PWM_B为0；此输出信号F_PWM_B输出至所述功率驱动芯片，同时将S1中的余弦方向信号输出至所述功率驱动芯片。

5.如权利要求1所述的步进电机细分控制方法，其特征在于，所述功率驱动芯片输出连接至两相步进电机，具体如下：

所述功率驱动芯片的A相电路输出连接至步进电机的A相绕组，所述功率驱动芯片的B相电路输出连接至两相步进电机的B相绕组。

6.一种步进电机细分控制系统，用于实现如权利要求1至5任一所述的步进电机细分控制方法，其特征在于，所述系统包含：依次连接的FPGA、功率驱动芯片、两相步进电机和谐波减速器；

其中，FPGA中包含，

正余弦信号模块，输出正余弦信号至比较器模块；

锯齿波信号模块，输出锯齿波信号至比较器模块；

比较器模块，该比较器模块对所述正余弦信号和所述锯齿波信号进行比较，输出PWM信号，PWM信号的占空比按正余弦信号的规律变化。

7.如权利要求6所述的步进电机细分控制系统，其特征在于，所述功率驱动芯片的A相输出连接至两相步进电机的A相绕组，所述功率驱动芯片的B相输出连接至两相步进电机的B相绕组。