步进电机运动的控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种步进电机运动的控制方法及装置，该方法包括：计算步进电机在空载工况和负载工况下的负载力矩；根据空载工况和负载工况下的负载力矩判断步进电机能否启动；若步进电机能启动，则计算步进电机在启动阶段、平稳加速阶段及恒速阶段的脉冲频率和时间的关系曲线；根据启动阶段的脉冲频率和时间的关系曲线控制步进电机启动，根据平稳加速阶段的脉冲频率和时间的关系曲线控制步进电机平稳加速，根据恒速阶段的脉冲频率和时间的关系曲线控制步进电机恒速运动。通过采用分段曲线控制步进电机的运动，能够在步进电机的整个运动过程中均能够避免失步现象。

Control method and device for stepping motor movement

The invention provides a control method and a device for the motion of a stepping motor. The method comprises calculating the load torque of the stepping motor under the no-load and load conditions, judging whether the stepping motor can start according to the load torque under the no-load and load conditions, and calculating the starting of the stepping motor if the stepping motor can start. The relationship curves of pulse frequency and time in the stages of steady acceleration, steady acceleration and constant speed are given. The starting of stepper motor is controlled according to the relationship curve between pulse frequency and time in the starting stage, and the steady acceleration is controlled according to the relationship curve between pulse frequency and time in the stable acceleration stage, and the pulse frequency in the constant speed stage. The relationship curve with time controls the constant speed motion of the stepper motor. By using piecewise curve to control the motion of stepping motor, the out-of-step phenomenon can be avoided in the whole motion process of stepping motor.

【技术实现步骤摘要】
步进电机运动的控制方法及装置
本专利技术实施例涉及电机控制
，尤其涉及一种步进电机运动的控制方法及装置。
技术介绍
随着社会的发展，步进电机扮演着越来越重要的角色。其常被应用于精确控制中，如数控系统、医疗器械和机器人系统等。为了追求更高的控制精度和更好的控制性能，步进电机被广泛应用于机电一体化系统中的运动控制单元。目前，步进电机运动过程中常用的加减速控制算法有两种，即梯形曲线控制算法和S曲线控制算法。S曲线控制算法由于其加速度和速度曲线的连续性，能够保证步进电机在运动过程中速度和加速度没有突变，减小冲击，提高步进电机运动的平稳性，但是该算法在升降速中有加速度变化过大的情况，增加了步进电机失步的概率。而梯形曲线控制算法控制步进电机在启动和停止时，由于起始的加速度加大，也增加了电机失步的概率。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种步进电机运动的控制方法，该方法解决了现有技术中对步进电机的运动进行控制采用S曲线控制算法或梯形曲线控制算法导致增加了步进电机失步的概率的问题。本专利技术实施例提供一种步进电机运动的控制方法，包括：计算步进电机在空载工况和负载工况下的负载力矩；根据所述空载工况和负载工况下的负载力矩判断步进电机能否启动；若所述步进电机能启动，则计算步进电机在启动阶段、平稳加速阶段及恒速阶段的脉冲频率和时间的关系曲线；根据启动阶段的脉冲频率和时间的关系曲线控制所述步进电机启动，根据平稳加速阶段的脉冲频率和时间的关系曲线控制所述步进电机平稳加速运动，根据恒速阶段的脉冲频率和时间的关系曲线控制步进电机恒速运动。本专利技术实施例提供一种步进电机运动的控制装置，包括：第一计算模块，用于计算步进电机在空载工况和负载工况下的负载力矩；判断模块，用于根据所述空载工况和负载工况下的负载力矩判断步进电机能否启动；第二计算模块，用于若所述步进电机能启动，则计算步进电机在启动阶段、平稳加速阶段及恒速阶段的脉冲频率和时间的关系曲线；控制模块，用于根据启动阶段的脉冲频率和时间的关系曲线控制所述步进电机启动，根据平稳加速阶段的脉冲频率和时间的关系曲线控制所述步进电机平稳加速运动，根据恒速阶段的脉冲频率和时间的关系曲线控制步进电机恒速运动。本专利技术实施例提供一种步进电机运动的控制方法及装置，通过计算步进电机在空载工况和负载工况下的负载力矩；根据空载工况和负载工况下的负载力矩判断步进电机能否启动；若步进电机能启动，则计算步进电机在启动阶段、平稳加速阶段及恒速阶段的脉冲频率和时间的关系曲线；根据启动阶段的脉冲频率和时间的关系曲线控制步进电机启动，根据平稳加速阶段的脉冲频率和时间的关系曲线控制步进电机平稳加速，根据恒速阶段的脉冲频率和时间的关系曲线控制步进电机恒速运动。通过采用分段曲线控制步进电机的运动，能够在步进电机的整个运动过程中均能够避免失步现象。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术步进电机运动的控制方法实施例一的流程图；图2为本专利技术步进电机运动的控制方法实施例二的流程图；图3为本专利技术实施例二中步进电机的速度和时间的关系曲线图；图4为本专利技术实施例二中步进电机的脉冲频率和时间的关系曲线图；图5为本专利技术步进电机运动的控制装置实施例一的结构示意图；图6为本专利技术步进电机运动的控制装置实施例二的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。图1为本专利技术步进电机运动的控制方法实施例一的流程图，如图1所示，本实施例的执行主体为步进电机运动的控制装置，该步进电机运动的控制装置可集成在步进电机中，用于控制步进电机的运动，则本实施例提供的步进电机运动的控制方法包括以下几个步骤。步骤101，计算步进电机在空载工况和负载工况下的负载力矩。具体地，本实施例中，首先计算与空载工况和负载工况相关的负载力矩。与空载工况相关的负载力矩有两个，分别为摩擦负载力矩和滚珠丝杠的预紧而产生的附加负载力矩。与负载工况相关的负载力矩有两个，分别为切削负载力矩和摩擦负载力矩。本实施例中，摩擦负载力矩可通过式(1)进行计算。其中，TU为摩擦负载力矩，Fa0为在不切削状态下滚珠丝杠的轴向负载力，即在空载时的导轨摩擦力，I为步进电机每转一圈，机床执行部件在轴向移动的距离，η为进给传动装置的总效率，取值为0.90。本实施例中，滚珠丝杠的预紧而产生的附加负载力矩可通过式(2)进行计算。其中，Tf为滚珠丝杠的预紧而产生的附加负载力矩，FP为滚珠丝杠螺母副的预紧力，Iσ为滚珠丝杠螺母副的基本导程，η为进给传动装置的总效率，取值为0.90，η0为滚珠丝杠螺母副的效率，取值为0.98，η为进给传动装置的总效率，取值为0.90。则本实施例中，空载工况的负载力矩可通过式(3)进行计算。TKJ＝TU+Tf(3)其中，TKJ为空载工况的负载力矩，TU为摩擦负载力矩，Tf为滚珠丝杠的预紧而产生的附加负载力矩。本实施例中，切削负载力矩可通过式(4)进行计算。其中，TC为切削负载力矩，Fa为切削状态下，滚珠丝杠的轴向负载力，I为步进电机每转一圈，机床执行部件在轴向移动的距离，η为进给传动装置的总效率，取值为0.90。则本实施例中，负载工况的负载力矩可通过式(5)进行计算。TGJ＝TC+Tf(5)其中，TGJ为负载工况的负载力矩，TC为切削负载力矩，Tf为滚珠丝杠的预紧而产生的附加负载力矩。步骤102，根据空载工况和负载工况下的负载力矩判断步进电机能否启动。具体地，本实施例中，根据步进电机承载的负载的力矩以及步进电机空载工况及负载工况下的负载力矩判断步进电机能够启动。若步进电机承载的负载的力矩小于等于步进电机在负载工况下的负载力矩，并且空载工况的负载力矩符合步进电机的标准，则步进电机能够启动，若步进电机承载的负载的力矩大于步进电机在负载工况下的负载力矩，和/或空载工况的负载力矩不符合步进电机的标准，则步进电机不能启动，若强行进行启动，会对步进电机造成损坏或者不能按照预设策略进行运动。步骤103，若步进电机能启动，则计算步进电机在启动阶段、平稳加速阶段及恒速阶段的脉冲频率和时间的关本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种步进电机运动的控制方法，其特征在于，包括：计算步进电机在空载工况和负载工况下的负载力矩；根据所述空载工况和负载工况下的负载力矩判断步进电机能否启动；若所述步进电机能启动，则计算步进电机在启动阶段、平稳加速阶段及恒速阶段的脉冲频率和时间的关系曲线；根据启动阶段的脉冲频率和时间的关系曲线控制所述步进电机启动，根据平稳加速阶段的脉冲频率和时间的关系曲线控制所述步进电机平稳加速运动，根据恒速阶段的脉冲频率和时间的关系曲线控制步进电机恒速运动。

【技术特征摘要】
1.一种步进电机运动的控制方法，其特征在于，包括：计算步进电机在空载工况和负载工况下的负载力矩；根据所述空载工况和负载工况下的负载力矩判断步进电机能否启动；若所述步进电机能启动，则计算步进电机在启动阶段、平稳加速阶段及恒速阶段的脉冲频率和时间的关系曲线；根据启动阶段的脉冲频率和时间的关系曲线控制所述步进电机启动，根据平稳加速阶段的脉冲频率和时间的关系曲线控制所述步进电机平稳加速运动，根据恒速阶段的脉冲频率和时间的关系曲线控制步进电机恒速运动。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述启动阶段的脉冲频率和时间的关系曲线为二次函数曲线，所述平稳加速阶段的脉冲频率和时间的关系曲线为一次函数曲线，所述恒速阶段的脉冲频率和时间的关系曲线为平行于时间轴的直线。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据恒速阶段的脉冲频率和时间的关系曲线控制步进电机恒速运动之后，还包括：计算所述步进电机在平稳减速阶段及停止阶段的脉冲频率和时间的关系曲线；根据平稳减速阶段的脉冲频率和时间的曲线控制所述步进电机平稳减速运动，根据停止阶段的脉冲频率和时间的关系曲线控制所述步进电机停止。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述平稳减速阶段的脉冲频率和时间的关系曲线为一次函数曲线，并与所述平稳加速阶段的脉冲频率和时间的关系曲线关于平行于脉冲频率轴的直线对称，所述停止阶段的脉冲频率和时间的关系曲线为二次函数曲线，并与所述启动阶段的脉冲频率和时间的关系曲线关于所述平行于脉冲频率轴的直线对称。5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，若所述步进电机能启动，则计算步进电机在启动阶段、平稳加速阶段及恒速阶段的脉冲频率和时间的关系曲线之前，还包括：计算步进电...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓伟，
申请(专利权)人：北大方正集团有限公司，北京北大方正电子有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11