检测步进电机中的失速或失步的控制单元和方法技术

检测步进电机中的失速或失步的控制单元和方法。控制单元102适于根据反EMF信号确定第一参数，根据反EMF信号确定与第一参数相对应的至少一个第二参数。控制单元102进一步基于所述第一参数验证包含所述至少一个第二参数的至少一个条件，并基于所述验证来检测步进电机110中的失速或失步。本发明专利技术通过标识反EMF信号的峰的特性特征来使用模式检测，所述特性特征是阶数（n）、幅度和极性。这些特性特征独立于RPM、齿隙、负载，并且不要求任何复杂的计算，并且即使在较低的RPM下也非常鲁棒。且即使在较低的RPM下也非常鲁棒。且即使在较低的RPM下也非常鲁棒。

【技术实现步骤摘要】
检测步进电机中的失速或失步的控制单元和方法


[0001]本专利技术涉及一种用以在驱动步进电机时检测失速或失步的控制单元和方法。

技术介绍

[0002]在各种系统中，对基于步进机的系统中的无传感器失速和失步检测有需求。在系统中，在具有变化的负载和齿隙的情况下要求在较低的每分钟转数（RPM）下的电机操作，其中现有解决方案无法检测失速或失步。需要失速检测来实现参考定位，并且没有检测会导致致动器驱动过度，从而导致操作时间减少或驱动器的逐渐损坏。失速检测还用于检测产品中可能在现场发生的损坏，诸如驱动机械损坏或甚至电机损坏。现有的解决方案从无激励线圈提取反电动势（EMF），并使用基于阈值的比较来检测失速或失步。阈值或是基于RPM动态得出，或是针对给定系统静态固定或校准。
[0003]在许多系统中使用失速检测的概念。在大多数系统中，步进电机在高RPM下操作，或者在具有较小齿隙或者不具有任何动态负载的系统（其中失速检测是稳定的）中操作。现有解决方案中使用的概念是通过监测反EMF。当反EMF下降到给定的阈值以下或者在失速的情况下反EMF变得接近零时，检测到失速。在低RPM（理想地出于对扭矩的需要或为了避免共振而选取）下的驱动中具有变化的负载和齿隙的情况下，失速检测趋向于并不鲁棒。一般来说，市场上存在几种使用步进电机的产品。失速检测主要用于检测机械驱动中的损坏或实现参考定位，并且失步检测用于粗略校正。
[0004]专利文献US20110181229公开了用于步进电机失速检测的装置、系统和方法。公开了用于步进电机失速检测的装置、系统和方法。转换模块接收在全步操作期间由步进电机的转子的磁场在步进电机的非驱动线圈中产生的反电动势（“EMF”）波形，并且在全步操作内的预定时间段内以在预定时间处开始的间隔对波形进行采样，以产出多个采样数据点。整流模块关于预定的静态电平对波形进行整流。比较模块将经整流的采样数据点累积成统计上有代表性的采样值，将有代表性的采样值与预定阈值电平进行比较，并且如果有代表性的采样值小于预定阈值电平，则指示转子失速。
附图说明
[0005]参考以下随附附图描述了本公开的实施例，图1图示了根据本专利技术实施例的用于步进电机的控制单元的框图；图2图示了根据本专利技术实施例的与反EMF信号相关的曲线图；图3图示了根据本专利技术实施例的失速或失步检测的多种情况；以及图4图示了根据本专利技术的用于检测步进电机中的失速或失步的方法。
具体实施方式
[0006]图1图示了根据本专利技术实施例的用于步进电机的控制单元的框图。提供包括控制单元102的系统100来检测步进电机110中的失速或失步。步进电机中的失速可能是由于机
械驱动而导致的。步进电机110包括转子112（诸如磁体）和定子（诸如励磁线圈或磁极）。所描述的步进电机110是两个励磁线圈，即第一线圈106和第二线圈108。本专利技术不限于基于两个励磁线圈的步进电机110，而取而代之地适用于具有多个磁极的步进电机110。控制单元102适于通过驱动器电路104驱动步进电机110的至少两个励磁线圈（第一线圈106和第二线圈108），并检测/读取包括反电动势（EMF）的电信号，如图2中所示。通过检测器电路114和放大器116来执行检测。任何其他检测器电路114适用于在不脱离本专利技术的范围的情况下被使用。检测器电路114被示出为跨第一线圈106连接。检测器电路114也可跨第二线圈108连接。进一步地，检测器电路114可跨第一线圈106和第二线圈108这两者连接。检测器电路114提取/读取步进电机110的具有中电平偏置的反EMF信号。
[0007]本专利技术独立于以之读取或测量反EMF信号的方式。本专利技术中的反EMF信号是从步进电机110的非驱动线圈检测的，并且贯穿本公开而使用该反EMF信号。然而，这只是示例，并且一定不能以限制的方式来理解。控制单元102被配置成检测由现有技术中已知的电路或方法检测/读取的反EMF信号的失速或失步。
[0008]图2图示了根据本专利技术实施例的与反EMF信号相关的曲线图。第一曲线图200包括Y轴202，其表示如第一波形208所示的以安培为单位的电流以及第二波形210（即反EMF信号）的以伏特为单位的电压。针对第一波形208和第二波形210的X轴204是以合适单位表示的时间。这两个波形均是在已经经过一些时间之后示出的，这由每个波形开头的虚线指示。反EMF信号可在正相和负相中测量。继续图1，控制单元102进一步适于根据反EMF信号确定第一参数，根据反EMF信号确定与第一参数相对应的至少一个第二参数。控制单元102进一步基于所述第一参数验证包含所述至少一个第二参数的至少一个条件，并基于所述验证来检测步进电机110中的失速或失步。
[0009]由控制单元102确定的第一参数是反EMF信号中的峰的阶数（n）。阶数（n）与反EMF信号中的峰的数量相对应。所述至少一个第二参数选自包括每个峰的极性（P
n
）和每个峰的振幅/幅度（M
n
）的组。检测器电路114被用于提取/捕获反EMF信号中的峰的阶数（n）、极性（P
n
）和幅度（M
n
）。在捕获期间，在第一线圈106中感应的反EMF信号被以高频率采样，使得峰被捕获。捕获的信号然后被放大来执行分析以检测失速或失步。
[0010]第一波形208对应于用于至少两个线圈的致动信号。在两磁极步进电机110的情况下，第一波形208中的脉冲表明第一线圈106的致动，并且脉冲的缺失表明第一线圈106未被驱动。然而，在第一线圈106未被驱动的时候，第二线圈108可以被驱动或可以不被驱动，但是为了避免复杂性在图2中未对其进行示出。进一步地，正相/周期对应于在X轴（204，206）上方的波形部分，并且负相/周期对应于在X轴（204，206）下方的波形部分。图2中所示的反EMF信号包括三个峰，并且没有任何失速或失步。具体而言，第一实例230示出了正相中的反EMF信号，第二实例232示出了负相中的反EMF信号，并且第三实例234示出了正相中的反EMF信号，等等。
[0011]图示了反EMF信号的放大部分250。放大部分250被示出以指示峰的幅度。图示了第一峰212的第一幅度224、第二峰214的第二幅度224和第三峰216的第三幅度224。更进一步地，时间t
1 218和时间t
2 220之间的时隙被认为是死区。为了克服由于感应器放电所致的错误检测，控制单元102在死区/窗口/时间经过之后处理反EMF信号。因此，为了反EMF信号中的失速或失步检测而丢弃死区。时间t
2 220和时间t
3 222之间的时隙是工作区，其中由控制
单元102执行失速或失步检测。此外，在正相和负相这两者中，仅当峰的幅度在阈值电平以上时，才考虑峰。
[0012]图3图示了根据本专利技术的实施例的失速或失步检测的多种情况。图3图示了具有多个波形的第二曲线图300。应当注意到，该曲线图不是按比例的，而是试图解释本专利技术，并且因此一定不能以限制的方式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种检测步进电机（110）中的失速或失步的控制单元（102），所述控制单元（102）适于驱动所述步进电机（110）的至少两个励磁线圈（106，108），并读取反电动势（EMF）信号，所述反EMF信号可在正相和负相中测量，所述控制单元（102）的特征在于，其进一步适于根据所述反EMF信号确定第一参数，根据所述反EMF信号确定与所述第一参数相对应的至少一个第二参数，基于所述第一参数，验证包含所述至少一个第二参数的至少一个条件，以及基于所述验证来检测所述步进电机（110）中的失速或失步。2.如权利要求1所述的控制单元（102），其中所述第一参数是所述反EMF信号中的峰的阶数（n），并且所述至少一个第二参数选自包括每个峰的极性（P
n
）和每个峰的幅度（M
n
）的组。3.如权利要求2所述的控制单元（102），其中当所述阶数（n）等于一时，所述至少一个要验证的条件包括，所述峰的所述极性是来自如下列表中的任何一个，所述列表包括，a）在所述反EMF信号的正相中为负，以及b）在所述反EMF信号的负相中为正。4.如权利要求2所述的控制单元（102），其中当所述阶数（n）等于二时，所述至少一个要验证的条件包括，第一峰（212）和第二峰（214）的所述极性是选自如下列表中的任何一个，所述列表包括，a）在所述反EMF信号的正相中分别为负和正，以及b）在所述反EMF信号的负相中分别为正和负。5.如权利要求2或权利要求4所述的控制单元（102），其中当所述阶数（n）等于二时，所述至少一个要验证的条件包括，所述第一峰（212）的幅度小于所述第二峰（214）的幅度。6.如权利要求2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：R施里达，TG拉胡尔，
申请(专利权)人：罗伯特，
类型：发明
国别省市：