一种步进电机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控制方法及装置，其中，该方法包括：在通过驱动电压驱动步进电机转动的过程中，确定所述步进电机在第一时刻的第一负载角与第二时刻的第二负载角；判断所述第二负载角是否等于所述第一负载角；在判断结果为否的情况下，根据所述第二负载角与所述第一负载角的差值调整所述驱动电压，使得所述第二负载角等于所述第一负载角，通过实时监测所计算出的负载角来对应调整驱动电压的大小，进而达到动态调整绕组电流以匹配外界负载变化的目的，可以解决相关技术中通过额外增加编码器等传感器进行电流、速度、位置采集和反馈，成本高、控制复杂以及步进电机开环控制抗外界干扰能力差，导致容易失步的问题。

A control method and device of stepping motor

【技术实现步骤摘要】
一种步进电机控制方法及装置
本专利技术涉及云台领域，具体而言，涉及一种步进电机控制方法及装置。
技术介绍
现有步进电机大多采用开环控制，步进电机开环控制软件实现技术方案一般为：软件通过调节PWM占空比的方式产生固定相位差的正弦参考电流给驱动电路处理，使得电机实际绕组电流按给定的参考正弦电流变化，从而形成旋转磁场带动电机转子转动。现有开环控制的步进电机缺点：电机最大驱动电压基本固定，存在抗干扰能力差的问题，负载波动过大时，可能出现失步甚至堵转的状况，导致控制效果较差。而闭环控制的步进电机，需要外加编码器等传感器进行电流、速度、位置采集和反馈，成本高、控制方案复杂。相关技术中提出在常规步进开环控制的基础上，再安装一个方位编码器在电机轴的末端以构成半闭环控制。通过编码器实时反馈的位置来有效避免云台的失步现象。通过增加方位编码器构成半闭环的方式大大增加了控制成本以及增大了电机控制部分所占用的结构空间，通过确定位置偏差事后补救失步的方式存在一定的补偿滞后性，无法动态抵抗外界负载变化。针对相关技术中通过额外增加编码器等传感器进行电流、速度、位置采集和反馈，成本高、控制复杂以及步进电机开环控制抗外界干扰能力差，导致容易失步的问题，尚未提出解决方案。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种步进电机控制方法及装置，以至少解决相关技术中通过额外增加编码器等传感器进行电流、速度、位置采集和反馈，成本高、控制复杂以及步进电机开环控制抗外界干扰能力差，导致容易失步的问题。根据本专利技术的一个实施例，提供了一种步进电机控制方法，包括：在通过驱动电压驱动步进电机转动的过程中，确定所述步进电机在第一时刻的第一负载角与第二时刻的第二负载角，其中，所述第一负载角、所述第二负载角为所述步进电机各绕组的合成电流与转子的夹角；判断所述第二负载角是否等于所述第一负载角；在判断结果为否的情况下，根据所述第二负载角与所述第一负载角的差值调整所述驱动电压，使得所述第二负载角等于所述第一负载角。可选地，确定所述步进电机在第一时刻的第一负载角与第二时刻的第二负载角包括：获取所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值和对应的驱动电压的最大值，以及获取所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流的最大值和对应的驱动电压的最大值；分别确定所述步进电机在所述第一时刻和在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角；根据所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角、所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值及对应的驱动电压的最大值确定所述第一负载角，以及根据所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角、所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流的最大值及对应的驱动电压的最大值确定所述第二负载角。可选地，获取所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值和对应的驱动电压的最大值，以及获取所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流的最大值和对应的驱动电压的最大值包括：按照模数转换采样周期采集所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流，得到所述绕组电流的第一电流正弦波；在所述第一电流正弦波中获取所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值，以及在对应的驱动电压的第一电压正弦波中获取所述驱动电压的最大值；按照所述模数转换采样周期采集所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流，得到所述绕组电流的第二电流正弦波；在所述第二电流正弦波中获取所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值以及在对应的驱动电压的第二电压正弦波中获取所述驱动电压的最大值，其中，所述第一时刻与所述第二时刻的时间差大于或等于所述第一电压正弦波或所述第二电压正弦波的周期。可选地，分别确定所述步进电机在所述第一时刻和在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角包括：在所述第一电压正弦波中确定所述驱动电压的最大值对应的第一时间、在所述第一电流正弦波中确定所述绕组电流的最大值对应的第二时间，在所述第二电压正弦波中确定所述驱动电压的最大值对应的第三时间、在所述第二电流正弦波中确定所述绕组电流的最大值对应的第四时间；根据所述第一时间、所述第二时间确定所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角，并根据所述第三时间、所述第四时间确定所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角。可选地，所述方法还包括：通过以下公式根据所述第一时间、所述第二时间确定所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角：为所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角，t1为第一时间，t2为所述第二时间；通过以下公式根据所述第三时间、所述第四时间确定所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角：为所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角，t3为所述第三时间，t4为所述第四时间；其中，V为所述步进电机的运动速度，f为第一电压正弦波或所述第二电压正弦波的频率，θ齿距是根据所述步进电机的步距角确定的。可选地，所述方法还包括：通过以下公式根据所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角、所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值及对应的驱动电压的最大值确定所述第一负载角：γ为所述第一负载角，Um为所述驱动电压的最大值，Im所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值；通过以下公式所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角、所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流的最大值及对应的驱动电压的最大值确定所述第二负载角：γ1为所述第二负载角，Im1为所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流的最大值；其中,R为电机相电阻与驱动电路H桥导通电阻之和，L为单个电机绕组的相电感。可选地，根据所述第二负载角与所述第一负载角的差值调整所述驱动电压，使得所述第二负载角等于所述第一负载角包括：将所述第二负载角与所述第一负载角的差值输入比例积分微分PID；基于所述PID的输出值，通过正弦脉宽调制SPWM控制步进电机的驱动电路H桥导通，以调整所述驱动电压和电机绕组实际电流，使得所述第二负载角等于所述第一负载角。根据本专利技术的另一个实施例，还提供了一种步进电机控制装置，包括：确定模块，用于在通过驱动电压驱动步进电机转动的过程中，确定所述步进电机在第一时刻的第一负载角与第二时刻的第二负载角，其中，所述第一负载角、所述第二负载角为所述步进电机各绕组的合成电流与转子的夹角；判断模块，用于判断所述第二负载角是否等于所述第一负载角；调整模块，用于在判断结果为否的情况下，根据所述第二负载角与所述第一负载角的差值调整所述驱动电压，使得所述第二负载角等于所述第一负载角。可选地，所述确定模块包括：获取子模块，用于获取所述步进电机在所述第一时刻的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种步进电机控制方法，其特征在于，包括：/n在通过驱动电压驱动步进电机转动的过程中，确定所述步进电机在第一时刻的第一负载角与第二时刻的第二负载角，其中，所述第一负载角、所述第二负载角为所述步进电机各绕组的合成电流与转子的夹角；/n判断所述第二负载角是否等于所述第一负载角；/n在判断结果为否的情况下，根据所述第二负载角与所述第一负载角的差值调整所述驱动电压，使得所述第二负载角等于所述第一负载角。/n

【技术特征摘要】
1.一种步进电机控制方法，其特征在于，包括：
在通过驱动电压驱动步进电机转动的过程中，确定所述步进电机在第一时刻的第一负载角与第二时刻的第二负载角，其中，所述第一负载角、所述第二负载角为所述步进电机各绕组的合成电流与转子的夹角；
判断所述第二负载角是否等于所述第一负载角；
在判断结果为否的情况下，根据所述第二负载角与所述第一负载角的差值调整所述驱动电压，使得所述第二负载角等于所述第一负载角。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述步进电机在第一时刻的第一负载角与第二时刻的第二负载角包括：
获取所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值和对应的驱动电压的最大值，以及获取所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流的最大值和对应的驱动电压的最大值；
分别确定所述步进电机在所述第一时刻和在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角；
根据所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角、所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值及对应的驱动电压的最大值确定所述第一负载角，以及根据所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角、所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流的最大值及对应的驱动电压的最大值确定所述第二负载角。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，获取所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值和对应的驱动电压的最大值，以及获取所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流的最大值和对应的驱动电压的最大值包括：
按照模数转换采样周期采集所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流，得到所述绕组电流的第一电流正弦波；
在所述第一电流正弦波中获取所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值，以及在对应的驱动电压的第一电压正弦波中获取所述驱动电压的最大值；
按照所述模数转换采样周期采集所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流，得到所述绕组电流的第二电流正弦波；
在所述第二电流正弦波中获取所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值以及在对应的驱动电压的第二电压正弦波中获取所述驱动电压的最大值，其中，所述第一时刻与所述第二时刻的时间差大于或等于所述第一电压正弦波或所述第二电压正弦波的周期。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，分别确定所述步进电机在所述第一时刻和在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角包括：
在所述第一电压正弦波中确定所述驱动电压的最大值对应的第一时间、在所述第一电流正弦波中确定所述绕组电流的最大值对应的第二时间，在所述第二电压正弦波中确定所述驱动电压的最大值对应的第三时间、在所述第二电流正弦波中确定所述绕组电流的最大值对应的第四时间；
根据所述第一时间、所述第二时间确定所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角，并根据所述第三时间、所述第四时间确定所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角。


5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：施小灵，杨增启，陈明珠，
申请(专利权)人：浙江大华技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33