双通道闭环步进电机控制器设计*

段长超,刘青正,韩震宇,方 辉

(四川大学 机械工程学院,四川 成都 610065)

0 引 言

在大跨度龙门铣床、激光切割机床等设备中,工作台和龙门横梁等大跨度运动部件常采用两套相同的伺服驱动装置，进行单轴双电机对称同步驱动[1-2]。该方式需严格保证两套伺服驱动装置的响应性能一致,实现难度和成本均较高。而双通道电机驱动装置则能以较低的成本,实现机床的单轴双电机同步驱动。

然而,目前的双通道电机驱动装置,如多输出的开环步进电机驱动器[3-4]、双通道交流伺服驱动器[5-6]、双通道直流驱动器[7]等通用型开环或伺服驱动装置中,不具备闭环接口或双通道为独立驱动输出,驱动器无法直接调节双通道输出的同步偏差,因此其驱动控制性能将受到被驱动对象结构参数、摩擦系数和阻尼系数等参数一致性的限制。

笔者面向数控应用,开发一套功能独立的经济型双通道闭环步进电机控制器,并紧密结合数控系统原理设计其软、硬件架构,采用双通道耦合调节算法调节双通道输出同步偏差[8-10],且控制器能同时实现三闭环控制,其能参与构建更高运行效率的新型数控系统。

1 系统整体分析

数控系统架构如图1所示。

图1 数控系统架构

伺服驱动器是闭环数控机床的关键组成部分,其性能决定了数控机床的加工性能[11-12]。在传统的闭环数控架构中,位置闭环由上位计算机的位置调节器实现,速度环和电流环由伺服驱动装置实现,系统的运行效率主要受限于系统插补周期、采样周期以及伺服驱动装置的响应性能。……