基于时间细分技术的高精度自动定位控制方法研究.pdf

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1、基于时间细分技术的高精度自动定位控制方法研究陈锡侯。等基于时间细分技术的高精度自动定位控制方法研究ResearchontheHighPrecisionAutomaticLocatingControlMethodBasedonTimeSubdivision陬锡侯障满彭尊林郑方蒸(重庆理工大学机械栓测技术与装备教育部工程研究中心，重庆400054)摘要：针对采用步进电机进行微步驱动时易出现“爬行”和步距角过大的现象，提出了一种基于时间细分技术的高精度自动定位控制方法，并研制了相应的控制系统。该方法通过

2、在每个电机步距运动时间内对反馈元件进行高频采样，实现了对步距的细分和对运动的闭环控制。控制系统采用嵌入式微处理器和现场可编程逻辑阵列构建，并与采用步进电机直接驱动滚珠丝杆的机械载物台进行联机测试。测试结果表明，系统可以控制步进电机在不进行高倍细分的条件下的精确定位，具有较高的应用价值。关键词：时间细分ARM现场可编程逻辑阵列自动定位步进电机闭环控制中图分类号：TP273文献标志码：AAbstract：Aimingatthephenomenonof“crawling”andlargestepangl

3、einmicro—stepdrivingbyusingstepmotor，thehighlypreciseautomaticlocatingcontrolmethodbasedontimesubdivisionisproposed-andcorrespondingcontrolsystemisstudiedanddeveloped．Withthismethod，forrelatedmovingtimeperiodofeachstepdistance-thefeedbackcomponentissa

4、mpledinhighfrequencytoimplementsubdivisionofstepdis—tanceandclosed—loopcontrolofmovement．Thecontrolsystemiscomposedofembeddedmicroprocessorandfieldprogrammablelogicgatearray(FPGA)；andjoiningwiththerollerscrewmachineryloaderthatdirectlydrivenbythestepm

5、otorforintegratedtest．Theresultoftestindicatesthatthesystemisabletocontrolstepmotorpreciselylocatingwithouthishdegreesubdivision，andfeatureshighapplicablevalue．Keywords：TimesubdivisionARMFieldprogrammablelogicgatearray(FPGA)AutomaticlocatingStepmotorC

6、losed-loopcontrol0引言以精密加工为代表的现代制造业己成为制造厂商在国际竞争中取得成功的关键因素，而精密定位系统是实现精密加工的首要条件¨o。工业领域对物体的定位提出了越来越高的要求，如锡膏印刷机、自动光学检测仪等均要求其定位精度在微米级旧刁o，甚至达到亚微米级或纳米级。精密工作台是实现精密定位的通用装置，常用的精密工作台有机械载物工作台和压电陶瓷驱动载物工作台H。1。机械载物工作台通常采用步进电机或伺服电机驱动滚珠丝杆、螺母副传动，并采用光栅尺作为检测元件，实现高精度定位，定位精

7、度一般可以达到4-5岬旧1，但定位速度比较慢。压电陶瓷驱动载物工作台首先利用伺服电机进行“粗动”，然后利用压电陶瓷进行“微动”，可获得纳米级的定位精度。东南大学的米凤文、戴旭涵等人研制出了行程为50113121、定位精度达到±0．1“m的定位控制系统¨-。这类产品价格昂贵、控制复杂。本文在低成本步进电机驱动的机械载物工作台的基础上，通过时间细分技术实现精度为±1um的快速定位。1系统原理与结构1．1定位控制原理控制系统有开环和闭环两种控制方式。受传动机构传动精度的限制，采用开环控制和半闭环控制一般

8、很难实现高精度的定位。因此，本系统采用全闭环控制方式，以光栅尺作为测量反馈元件，从而实现工作台的精确定位。根据经典控制理论，闭环定位控制方法可分为单向逼近和双向逼近两种喁]，两种控制陆线如图1所示。(I)单向逼近(b)双向逼近教育部科学技术研究重点基金资助项目(编号：210177)。图1控制曲线示意图修改稿收到日期：2010—07—05。Fig．1Schematicofcontrolcurves岛押苎：：絮警篡要’警妻之：’竺2乞2：未惫芝黑由于本系统的定位精度要达到±l斗m，且双