步进电机控制方法、装置、设备及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种步进电机控制方法、装置、设备及存储介质。通过第一开环控制将步进电机将速度从初始状态提升至预设速度；再切换至闭环控制，在该阶段估计步进电机的转子位置和速度，并快速到达目标停止位置附近，根据角度和速度进行第二开环控制至目标停止位置。通过第一开环控制可使步进电机快速达到稳定状态后切换至闭环控制，可稳定准确估计步进电机的转子位置和速度，然后再由估计的步进电机的角度和速度通过第二开环控制对步进电机进行控制，并且通过理论计算整个步进电机控制过程的所用时间，指导步进电机的选择和机械负载的设计，实现无位置传感器的步进电机的控制，在最短时间内到达目标停止位置，解决步进电机失步现象，提高控制精度。

Stepping motor control method, device, equipment and storage medium

【技术实现步骤摘要】
步进电机控制方法、装置、设备及存储介质
本专利技术涉及电机控制
，尤其涉及一种步进电机控制方法、装置、设备及存储介质。
技术介绍
在缝制设备中，步进电机常用于动框的控制，但是动框的动态过程很快，通常是十几个ms甚至是几个ms就要完成一次针制动作，动框步进电机控制精度优于0.5度。而对于步进电机在频繁的加减速启动和高速旋转的情况下容易造成失步，造成缝制设备的位置开环控制失效，为了弥补此缺点，可以在步进电机的轴端安装位置传感器(编码器)，来实时监测转子位置并且施加基于转子位置的矢量控制方法，可以获得比开环步进电机更好的动态特性，但是为此增加了传感器的成本，并且在实际使用中由于线缆、安装精度和电路复杂性的原因，导致控制系统的成本上升，同时系统硬件的可靠性有一定程度的下降。因此无位置传感器的步进电机控制系统成为研究的热点。首先从国内外的研究现状看，无传感器的电机闭环控制方法主要集中在永磁伺服电机的无传感器控制(主要是速度值)和步进电机的反电势检测上(主要堵转检测类)。文献《Newsliding-modeobserverforpositionsensorlesscontrolofpermanent-magnetsynchronousmotor》(IEEETransactionsonIndustrialElectronics,2012,60(2):710-719)提出基于滑模观测器估算永磁同步电机位置和速度，可以有效降低系统抖振，提高电机转子的位置和速率精度估算精度。实际上混合式步进电机的磁密远高于永磁同步伺服电机，因此会获得较高信噪比的反电势信息，并且步进电机可以将电脉冲转化为角位移，从而在较低转速下仍可进行位置采样，适合于低速开环控制和高速闭环控制。而不像该文献应用在伺服电机或直流无刷电机，大都只能工作在高速速度模式下。在文献《SensorlessStateEstimationinTwophaseStepperMotorusingEKFandUKF》(InternationalJournalofApplicationorInnovationinEngineering&Management)明确给出了利用扩展卡尔曼滤波和无损卡尔曼滤波来构造的观测器的内部设计细节，除了在电机启动阶段算法由于初始迭代计算还未收敛导致较大误差以外，在运行阶段整体精度还是具备比较好的符合性。但是卡尔曼滤波算法比较复杂，计算量比较大，在单片机占用比较多的运算时间。文献《永磁同步电机无位置传感器混合控制策略》(中国电机工程学报,2012,32(24):103-109)在低速运行时注入脉振高频电压信号，通过对高频电流幅值处理获得转子位置误差信号，中高速运行则通过反电动势模型滑模观测器获得位置误差信息，对两种方法所得位置误差信号进行归一化处理，并根据运行转速对归一化后的位置误差信号以加权的方式进行信息融合。文献《基于自适应模糊滑模观测器的永磁同步电机无传感器矢量控制系统》(电工电能新技术,2006,25(2):1-3,51)提出一种自适应模糊滑模观测器来实现永磁同步电机无传感器控制。根据Lyapunov稳定性定理构建自适应模糊滑模观测器，以保证系统的稳定性。通过分析滑模增益对系统抖振的影响设计模糊控制系统，从而实现对滑模增益的动态调整，削弱抖振现象，提高系统的鲁棒性。上述文献主要关注于基于无传感器技术的电机控制的稳态工作，比如在家电、压缩机等工况，目前的研究文献和技术实现并不把收敛性判断作为一个主要焦点在攻克，只是解决电机的启动问题，经过足够的时间过渡到稳态状态。但是缝制设备运动控制的高频点位小位移的要求必须在十几个ms就要完成，并且位置定位精度满足工况要求(一般步进电机定位精度优于0.5度)，缝制设备的上述工况性能要求就对角度观测器收敛时间和电流/位置控制器的控制时间及控制精度提出了更高的要求，就会影响无传感器技术在缝制设备的使用，因此缝制设备步进电机在缝制过程中如何在最短时间获得稳定收敛值及满足控制精度是一个将此无传感器技术工程化的重点工作。
技术实现思路
本专利技术提供一种步进电机控制方法、装置、设备及存储介质，以实现无位置传感器的步进电机的控制，提高控制精度。本专利技术的第一方面是提供一种步进电机控制方法，包括：通过第一开环控制将步进电机将速度从初始状态提升至预设速度；将所述步进电机切换至闭环控制，在闭环控制阶段估计所述步进电机的转子位置和速度；根据所述步进电机的角度和速度进行第二开环控制，以达到目标停止位置。本专利技术的第二方面是提供一种步进电机控制装置，包括：第一控制模块，用于通过第一开环控制将步进电机将速度从初始状态提升至预设速度；第二控制模块，用于将所述步进电机切换至闭环控制；处理模块，用于在闭环控制阶段估计所述步进电机的转子位置和速度；第三控制模块，用于根据所述步进电机的角度和速度进行第二开环控制，以达到目标停止位置。本专利技术的第三方面是提供一种步进电机控制设备，包括：存储器；以及处理器；其中，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序由所述处理器执行时实现如第一方面所述的方法。本专利技术的第四方面是提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序；所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的方法。本专利技术提供的步进电机控制方法、装置、设备及存储介质，通过第一开环控制将步进电机将速度从初始状态提升至预设速度；将步进电机切换至闭环控制，在闭环控制阶段估计步进电机的转子位置和速度；根据步进电机的角度和速度进行第二开环控制，以达到目标停止位置。本方法通过对第一开环控制可以是步进电机快速将速度提升至稳定状态，计算得到第一开环控制所用时间，再切换至闭环控制，可以稳定准确的估计步进电机的转子位置和速度，以最快速度旋转到目标停止位置附近，计算得到闭环控制所用时间，然后再由估计的步进电机的角度和速度通过第二开环控制对步进电机进行控制，计算得到第二开环控制所用时间，进而理论计算步进电机整个过程的所用时间，实现无位置传感器的步进电机的控制，解决失步现象，提高控制精度。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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本专利技术实施例提供的步进电机控制方法流程图；图2为本专利技术另一实施例提供的步进电机控制过程图；图3为本专利技术实施例提供的位置环传递函数框图；图4为本专利技术实施例提供的步进电机控制原理图；图5为本专利技术实施例提供的步进电机控制装置的结构示意图；图6为本专利技术实施例提供的步进电机控制设备的结构示意图。具体实施方式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，所描述的实施例仅仅是本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种步进电机控制方法，其特征在于，包括：/n通过第一开环控制将步进电机将速度从初始状态提升至预设速度；/n将所述步进电机切换至闭环控制，在闭环控制阶段估计所述步进电机的转子位置和速度；/n根据所述步进电机的角度和速度进行第二开环控制，以达到目标停止位置。/n

【技术特征摘要】
20181015 CN 20181119572401.一种步进电机控制方法，其特征在于，包括：
通过第一开环控制将步进电机将速度从初始状态提升至预设速度；
将所述步进电机切换至闭环控制，在闭环控制阶段估计所述步进电机的转子位置和速度；
根据所述步进电机的角度和速度进行第二开环控制，以达到目标停止位置。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在闭环控制阶段估计所述步进电机的转子位置和速度，包括：
在闭环控制阶段通过角度观测模型获取反电动势；
根据所述反电动势获取所述步进电机的转子位置和速度。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述角度观测模型如下：



其中，z1、z2为角度观测模型变量；k为当前执行次数；d为角度观测模型估计增益值；Ts为控制周期；Rs为步进电机定子电阻；Ls为步进电机定子电感；为电机转速估计值；为q轴电流反馈；为d轴电流反馈；为q轴输入电压；为d轴输入电压；
根据所述角度观测模型获取反电动势如下：



其中，为q轴反电势估计值；为d轴反电势估计值；
根据如下公式估计所述步进电机的转子位置



根据如下公式估计所述步进电机的速度



其中，ke为步进电机反电动势常数。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述闭环控制包括位置环控制和电流环控制；
其中，通过如下公式进行位置环控制：



其中，iq为q轴电流；Tf为摩擦力矩；kt为推力系数；J为负载转动惯量；k>0、r(0<r<1)、α>0、η>0为控制参数；e(t)为位置误差；s为滑模面。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：
通过理论计算获取所述步进电机的第一开环控制所用时间、闭环控制所用时间、以及第二开环控制所用时间，从而获取所述步进电机整个控制过程达到目标停止位置所用时间；
根据所述步进电机达到目标停止位置所用时间进行所述步进电机选取和机械结构负载设计。


6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢少鹏，赵富，丁海大，牛泽农，
申请(专利权)人：北京大豪科技股份有限公司，诸暨兴大豪科技开发有限公司，北京兴大豪信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11