带负载状态下的步进电机的速度调节方法
【专利摘要】本发明提供带负载状态下的步进电机的速度调节方法，使用变频调节的方法调节电机载体的质量与驱动电机启动的信号频率、载体位移速度之间的关系，其特征在于：首先计算步进电机需要步进的步数Dn，在步进电机步进D1步的范围内，按频率F1提供步进电机脉冲对载体进行制动；继而，步进电机持续步进D2步范围内，按频率F2提供步进电机脉冲对载体进行制动；以此类推，在步进电机步进Dm步范围内，按最大频率Fmax提供步进脉冲对载体进行制动；解决了实际所用时间T0超过时间限制T时的速度限制的要求。
【专利说明】带负载状态下的步进电机的速度调节方法
【技术领域】
[0001]本发明属于步进电机的【技术领域】，尤其涉及一种带负载状态下的步进电机的速度调节方法。
【背景技术】
[0002]步进电机是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。
[0003]步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲:当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(即步进角)。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
[0004]在步进电机通过脉冲来控制电机微量转动的过程中存在一定的缺陷。如图1所示，步进电机的速度η与转矩M之间的关系，由图1可以看出，速度η-转矩M曲线是用斜率来表达的，速度η随着转矩M的增大而线性降低。电机带载体的制动过程中，在载体质量超过荷重范围的时候，需要克服的力矩M较大，起动速度η会非常低；同时由于不同型号的电机的最高转速不同，因此对于有启动速度要求的载体制动有很大限制。
[0005]举例说明，在一应用中，选择两相步进电机带动载体实现精度非常高的位移调节，如图2所示。假设此两相步进电机驱动信号的最高启动频率为Ftlmax，载体质量G，所需转矩M1，载体的最大位移量X，时间限制为T(已知步进电机的丝杆间距Ε，电机运转一圈为B步)。
[0006]按照图1所示，转矩M1决定电机的最大启动频率Ftlmax，最大位移量X，电机最多需要走的步数Dtl = Χ/Ε*Β，实际所用时间Ttl = D0/ (1/F0max)，由于启动频率Ftlmax与转矩M1之间呈线性反比关系，因此所用时间Ttl = D0/(l/F0fflJ。当通过以上公式计算的实际所用时间Ttl超过时间限制T时，需要采用新的速度调节方法。
【发明内容】
[0007]为解决速度限制的要求，本发明提供一种带负载状态下的步进电机的速度调节方法。
[0008]为达到上述发明目的，本发明提供一种带负载状态下的步进电机的速度调节方法，使用变频调节的方法调节电机载体的质量与驱动电机启动的信号频率、载体位移速度之间的关系，其特征在于:首先计算步进电机需要步进的步数Dn，在步进电机步进Dl步的范围内，按频率Fl提供步进电机脉冲对载体进行制动；继而，步进电机持续步进D2步范围内，按频率F2提供步进电机脉冲对载体进行制动；以此类推，在步进电机步进Dm步范围内，按最大频率Fmax提供步进脉冲对载体进行制动。因此步进电机实际所需时间T2’ = (D1/Fi+D2/F2+D3/F3+...+D^i/F,,,^) *2+Dm/Fm。
[0009]与现有技术相比，本发明具有下述优点:首先，使用变频调节，使步进电机加速，满足了时间限制的要求；其次，上述步进电机的步数及起跑频率可灵活调整。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为步进电机的速度-转矩曲线图。
[0011]图2为两相步进电机电路结构框图。
[0012]图3为步进电机的加速曲线示意图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明的带负载状态下的步进电机的速度调节方法做更进一步详细说明。
[0014]本发明使用变频的调节法，调节电机载体的质量与驱动电机启动的信号频率F、载体位移速度之间的关系，从而提高电机在带载体情况下的载体位移速度。
[0015]以上述【背景技术】中的两相步进电机为例，如下具体说明变频调节的操作方法。在调节过程中，根据实际所用时间选择使用变频调节使步进电机加速，其中Fmax设定为步进电机本身的最大启动频率。
[0016]使用反馈系统计算出载体需要步进的大致位移量V，从而计算出步进电机需要步进的步数D’。如果步进电机需要步进的大致位移量X’大于载体的最大位移量X，执行变频调节的方法；如果步进电机需要步进的大致位移量X’小于载体的最大位移量X，可按其中一固定频率启动。
[0017]请同时参照图3，假设步进电机需要步进的大致位移量X/小于载体的最大位移量X，按照固定频率启动，首先计算步进电机需要步进的步数D/，可设置最初启动频率F/ < Fmax前提下灵活选取,例如可选择F/ = 200Hz,此时实际所需时间T/ = D1AV,以保证满足时间限制T的要求。
[0018]如果步进电机需要步进的大致位移量X’大于载体的最大位移量X，执行变频调节的方法:首先计算步进电机需要步进的步数Dn，此时把步进电机的步数分段成如图3所示。且按图3的加速曲线启动:在步进电机步进D1步的范围内，按频率F1提供步进电机脉冲对载体进行制动；继而，步进电机持续步进D2步范围内，按频率F2提供步进电机脉冲对载体进行制动；以此类推，在步进电机步进Dm步范围内，按最大频率Fmax提供步进脉冲对载体进行制动。因此计算步进电机实际所需时间T2’ = (D1AWWF3+...+DmVFnri)*2+Dm/Fm,以保证满足时间限制T的要求。
[0019]与现有技术相比，本发明具有下述优点:首先，使用变频调节，使步进电机加速，满足了时间限制的要求；其次，上述步进电机的步数及起跑频率可灵活调整。
[0020]以上所述，仅为本发明最佳实施例而已，并非用于限制本发明的范围，凡依本发明申请专利范围所作的等效变化或修饰，皆为本发明所涵盖。
【权利要求】
1.带负载状态下的步进电机的速度调节方法，使用变频调节的方法调节电机载体的质量与驱动电机启动的信号频率、载体位移速度之间的关系，其特征在于:首先计算步进电机需要步进的步数Dn,在步进电机步进D1步的范围内，按频率F1提供步进电机脉冲对载体进行制动；继而，步进电机持续步进D2步范围内，按频率F2提供步进电机脉冲对载体进行制动；以此类推，在步进电机步进Dm步范围内，按最大频率Fmax提供步进脉冲对载体进行制动。
【文档编号】H02P8/14GK104426442SQ201310394745
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年8月27日 优先权日:2013年8月27日
【发明者】黄土新, 李连城, 林庆龙 申请人:昂纳信息技术（深圳）有限公司