一种步进电机控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种步进电机控制方法，该方法的加减速步骤、复位步骤和摆动步骤中，当步进电机转速变化或者转动方向变化时调用一速度调整程序，所述速度调整程序包括在步进电机的1/2功率点时改变步进电机的转速和转动方向，所述1/2功率点位于步进电机A相驱动信号矢量角度和B相驱动信号矢量角度的45°角和225°角处。利用该方法可以在步进电机的1/2功率点时改变步进电机的转速和转动方向，从而完成了步进电机加减速和换向的低噪音、低振动的功能。
【专利说明】一种步进电机控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电机控制方法，尤其涉及一种步进电机控制方法。
【背景技术】
[0002]步进电机驱动方式主要有:(I)通过变换电路使加在电机绕组上的电压随运行频率的升高而升高，从而在升频升压域内保持电机输出转矩基本恒定的升频升压控制；(2)在步进电机的任何工作范围内，在电机绕组通电开始时采用高压通电保证电机快速响应然后再降低工作电压保证电机正常运行的高低压驱动控制；(3)无论步进电机处于低频、高频和锁定哪一种工作状态，都保证步进电机绕组电流恒定的恒流斩波驱动；(4)对步距角进行细分控制，采用在矢量空间上矢量角度的模相等的方法同时改变步进电机的两相电流，使电流在空间矢量上等幅运转的细分控制。
[0003]现有技术中，升频升压控制使步进电机的快速响应能力较差。高低压驱动控制因为要得到步进电机的快速响应所以使电机绕组中有较大的电流冲击使电机低频振动明显。恒流斩波驱动虽提高了电机供电电源的使用效率抑制了电机运行时的低频共振，但斩波造成的电磁干扰比较严重。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种步进电机控制方法，利用该方法可以在步进电机的1/2功率点时改变步进电机的转速和转动方向，从而完成了步进电机加减速和换向的低噪音、低振动的功能。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。
[0006]一种步进电机控制方法，其包括有初始化步骤、加减速步骤、复位步骤和摆动步骤，所述加减速步骤、复位步骤和摆动步骤中，当步进电机转速变化或者转动方向变化时调用一速度调整程序，所述速度调整程序包括在步进电机的1/2功率点时改变步进电机的转速和转动方向，所述1/2功率点位于步进电机A相驱动信号矢量角度和B相驱动信号矢量角度的45°角和225°角处。
[0007]优选地，所述初始化步骤包括上电复位和设定默认工作参数。
[0008]优选地，所述加减速步骤中，系统预设有10个档位，首先完成参数索引，并判断:若是加速模式，则判断设定速度是否大于10档，若大于10档则查询加速数据表格，完成加速，统计加速时间并且进入匀速状态，若设定速度在3档到10档之间，则跳转至上述查询加速数据表格步骤，若设定速度不在3档到10档之间，则无需加速；若既不是加速模式也不是减速模式，则进入静止状态，若是减速模式并且速度大于10档，则查询减速数据表格，等待换向点，完成减速，统计减速时间并且进入静止状态，若是减速模式并且速度在3档到10档之间，则跳转至上述查询减速数据表格步骤，若速度不在3档到10档之间，则无需减速，跳转至上述等待换向点步骤。
[0009]优选地，所述复位步骤中，首先设定复位角度并且进行加减速索引，确定步进电机的机械位置信息:若步进电机处于零位置，则循环往返递增摆动，若找到机械零点，则完成复位,发出复位成功命令,若未找到机械零点并且摆动幅度大于80度，则发出复位失败命令；若步进电机处于负位置，则正向摆动60度，若找到机械零点，则完成复位，发出复位成功命令，若未找到机械零点，则负向摆动80度，在该摆动过程中，若找到机械零点，则完成复位，若未找到机械零点并且摆动幅度大于80度，则发出复位失败命令；若步进电机处于正位置，则负向摆动60度，若找到机械零点，则完成复位，发出复位成功命令，若未找到机械零点，则正向摆动80度，在该摆动过程中，若找到机械零点，则完成复位，发出复位成功命令。
[0010]优选地，所述摆动步骤中，步进电机控制器向步进电机发送方向摆动指令，步进电机开始加速，步进电机控制器保存加速时间和位置信息，之后发送进入匀速位置指令，进行索引补偿以及加速脉冲补偿，若未超过机械零点，则匀速运行，若超过机械零点，则重新统计位置信息，判断是否达到设定位置，若未达到，则匀速运行，若已达到，则进入非匀速状态，保存匀速运动时间，进行减速，直至接收到停止运行指令，步进电机控制器向上位机发送相关位置信息和时间信息，并且步进电机停止运行。
[0011]本发明公开的步进电机控制方法，在加减速步骤、复位步骤和摆动步骤中，当步进电机转速变化或者转动方向变化时调用一速度调整程序，所述速度调整程序包括在步进电机的1/2功率点时改变步进电机的转速和转动方向，所述1/2功率点位于步进电机A相驱动信号矢量角度和B相驱动信号矢量角度的45°角和225°角处。利用该方法可以在步进电机的1/2功率点时改变步进电机的转速和转动方向，从而完成了步进电机加减速和换向的低噪音、低振动的功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为步进电机A相驱动电流和B相驱动电流的曲线图。
[0013]图2为图1中所示的A相驱动电流和B相驱动电流的曲线叠加示意图。
[0014]图3为本发明的主程序流程图。
[0015]图4为加减速步骤的流程图。
[0016]图5为复位步骤的流程图。
[0017]图6为摆动步骤的流程图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实施例对本发明做更加详细的描述。
[0019]本发明公开了一种步进电机控制方法，该步进电机控制方法可以基于步进电机控制系统实现，步进电机控制系统包括有单片机、DA转换电路和驱动电路，单片机的IO 口与DA转换电路的数字信号端口相连，DA转换电路输出的电压信号传输至驱动电路，驱动电路输出的两路驱动信号分别传输至步进电机的A相端子和B相端子。如图3所示，该步进电机控制方法包括有初始化步骤、加减速步骤、复位步骤和摆动步骤，所述初始化步骤包括上电复位和设定默认工作参数，所述加减速步骤、复位步骤和摆动步骤中，当步进电机转速变化或者转动方向变化时调用一速度调整程序，所述速度调整程序包括在步进电机的1/2功率点时改变步进电机的转速和转动方向，所述1/2功率点位于步进电机A相驱动信号矢量角度和B相驱动信号矢量角度的45°角和225°角处。结合图1和图2所示，A相驱动电流和B相驱动电流的曲线叠加对比可知，两相电流在电流变化的某一个点的相位是重合叠加的，也就是说该P点和Q点时，两相电流的大小和方向均相同，此时步进电机换向不会引起步进电机内部绕组电流的突变，实现换向电流的平滑转变，而这个点就是步进电机换向的1/2功率点，在一个步距周期内有两个这样的功率点，对应的矢量角度分别为换向矢量周期中第一象限内45度角和第三象限内的225度角。通过使用1/2功率换向点和特定的加速曲线，完成了步进电机加减速和换向的低噪音、低振动的功能。
[0020]如图4所示，所述加减速步骤中，系统预设有10个档位，首先完成参数索引，并判断:
[0021]若是加速模式，则判断设定速度是否大于10档，若大于10档则查询加速数据表格，该加速数据表格为系统预设的速度数据表，完成加速，统计加速时间并且进入匀速状态，若设定速度在3档到10档之间，则跳转至上述查询加速数据表格步骤，若设定速度不在3档到10档之间，则无需加速；
[0022]若既不是加速模式也不是减速模式，则进入静止状态，若是减速模式并且速度大于10档，则查询减速数据表格，等待换向点，完成减速，统计减速时间并且进入静止状态，若是减速模式并且速度在3档到10档之间，则跳转至上述查询减速数据表格步骤，若速度不在3档到10档之间，则无需减速，跳转至上述等待换向点步骤。
[0023]该步骤中，由于使用环境的特殊性，为满足快速启动、快速停止和快速换向的低噪音、低振动，其中低振动也是保证低噪音的一个重要条件，加减速函数针对设定不同的速度档位段，使用不同的加速曲线，并在特殊的换向点进行换向。整个步进电机控制器速度设为20档，其中速度大于10档时，加速方式是速度从零开始以25度/秒的速度递增线性加速。而速度小于10档大于3档时，加速从10度/秒开始，先以速度5度/秒递增至50度/秒后开始以速度10度/秒，15度/秒递增加速，加速曲线整体为非线性。
[0024]如图5所示，所述复位步骤中，首先设定复位角度并且进行加减速索引，确定步进电机的机械位置信息:
[0025]若步进电机处于零位置，则循环往返递增摆动，若找到机械零点，则完成复位，发出复位成功命令，若未找到机械零点并且摆动幅度大于80度，则发出复位失败命令；
[0026]若步进电机处于负位置，则正向摆动60度，若找到机械零点，则完成复位，发出复位成功命令，若未找到机械零点，则负向摆动80度，在该摆动过程中，若找到机械零点，则完成复位，若未找到机械零点并且摆动幅度大于80度，则发出复位失败命令；
[0027]若步进电机处于正位置，则负向摆动60度，若找到机械零点，则完成复位，发出复位成功命令，若未找到机械零点，则正向摆动80度，在该摆动过程中，若找到机械零点，则完成复位，发出复位成功命令。
[0028]该步骤中，在程序当中对步进电机控制器的复位进行了复位最优处理，在上电时，由于不知道步进电机控制器驱动的步进电机转动的位置，所以采用来回摆动寻找设定的绝对复位零点，摆动方向每变换一次，复位预摆动角度变为原来摆动角度的2倍，直到摆动找到复位零点或是超过机械限位点，上电执行之后，如果再进行复位，步进电机控制器可根据步进电机所在位置有方向的寻找复位零点，实现快速复位，复位是否成功均向上位机发送复位状态。如果步进电机复位成功，则执行复位之后的命令，如果复位不成功，其他功能均不执行。
[0029]如图6所示，所述摆动步骤中，步进电机控制器向步进电机发送方向摆动指令，步进电机开始加速，步进电机控制器保存加速时间和位置信息，之后发送进入匀速位置指令，进行索引补偿以及加速脉冲补偿，若未超过机械零点，则匀速运行，若超过机械零点，则重新统计位置信息，判断是否达到设定位置，若未达到，则匀速运行，若已达到，则进入非匀速状态，保存匀速运动时间，进行减速，直至接收到停止运行指令，步进电机控制器向上位机发送相关位置信息和时间信息，并且步进电机停止运行。
[0030]该步骤中，方向摆动是步进电机的工作方式，有正负方向摆动之分，摆动过程由3个部分组成，步进电机的加速、匀速和减速。在摆动过程中，驱动板会向上位机发送加速时间、加速位置，匀速时间、匀速位置、运动方向、步进电机相对于复位零点的位置、步进电机运行状态(匀速或非匀速)、步进电机减速位置、步进电机减速时间、步进电机换向停留时间、整个过程运动时间，上位机通过对这些数据进行监控分析，可知道步进电机运行的状况，分析步进电机驱动板是否正常工作。步进电机运动是相对复位零点对称的，所以在复位零点将所有位置信息清零，从而防止了步进电机来回运行时对位置统计形成的位置误差积累。而运动过程中的相关补偿保证了在寻找换向点时，低速减速时间大幅度减小，从而大幅度缩短了步进电机换向所需花费的时间。
[0031]本发明公开的步进电机控制方法，在加减速步骤、复位步骤和摆动步骤中，当步进电机转速变化或者转动方向变化时调用一速度调整程序，所述速度调整程序包括在步进电机的1/2功率点时改变步进电机的转速和转动方向，所述1/2功率点位于步进电机A相驱动信号矢量角度和B相驱动信号矢量角度的45°角和225°角处。利用该方法可以在步进电机的1/2功率点时改变步进电机的转速和转动方向，从而完成了步进电机加减速和换向的低噪音、低振动的功能。
[0032]以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。
【权利要求】
1.一种步进电机控制方法，其特征在于，包括有初始化步骤、加减速步骤、复位步骤和摆动步骤，所述加减速步骤、复位步骤和摆动步骤中，当步进电机转速变化或者转动方向变化时调用一速度调整程序，所述速度调整程序包括在步进电机的1/2功率点时改变步进电机的转速和转动方向，所述1/2功率点位于步进电机A相驱动信号矢量角度和B相驱动信号矢量角度的45°角和225°角处。
2.如权利要求1所述的步进电机控制方法，其特征在于，所述初始化步骤包括上电复位和设定默认工作参数。
3.如权利要求1所述的步进电机控制方法，其特征在于，所述加减速步骤中，系统预设有10个档位，首先完成参数索引，并判断: 若是加速模式，则判断设定速度是否大于10档，若大于10档则查询加速数据表格，完成加速，统计加速时间并且进入匀速状态，若设定速度在3档到10档之间，则跳转至上述查询加速数据表格步骤，若设定速度不在3档到10档之间，则无需加速； 若既不是加速模式也不是减速模式，则进入静止状态，若是减速模式并且速度大于10档，则查询减速数据表格，等待换向点，完成减速，统计减速时间并且进入静止状态，若是减速模式并且速度在3档到10档之间，则跳转至上述查询减速数据表格步骤，若速度不在3档到10档之间，则无需减速，跳转至上述等待换向点步骤。
4.如权利要求1所述的步进电机控制方法，其特征在于，所述复位步骤中，首先设定复位角度并且进行加减速索引，确定步进电机的机械位置信息: 若步进电机处于零位置，则循环往返递增摆动，若找到机械零点，则完成复位，发出复位成功命令，若未找到机械零点并且摆动幅度大于80度，则发出复位失败命令； 若步进电机处于负位置，则正向摆动60度，若找到机械零点，则完成复位，发出复位成功命令，若未找到机械零点，则负向摆动80度，在该摆动过程中，若找到机械零点，则完成复位，若未找到机械零点并且摆动幅度大于80度，则发出复位失败命令； 若步进电机处于正位置，则负向摆动60度，若找到机械零点，则完成复位，发出复位成功命令，若未找到机械零点，则正向摆动80度，在该摆动过程中，若找到机械零点，则完成复位，发出复位成功命令。
5.如权利要求1所述的步进电机控制方法，其特征在于，所述摆动步骤中，步进电机控制器向步进电机发送方向摆动指令，步进电机开始加速，步进电机控制器保存加速时间和位置信息，之后发送进入匀速位置指令，进行索引补偿以及加速脉冲补偿，若未超过机械零点，则匀速运行，若超过机械零点，则重新统计位置信息，判断是否达到设定位置，若未达至IJ，则匀速运行，若已达到，则进入非匀速状态，保存匀速运动时间，进行减速，直至接收到停止运行指令，步进电机控制器向上位机发送相关位置信息和时间信息，并且步进电机停止运行。
【文档编号】H02P8/20GK103762915SQ201310737781
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】张源峰, 李光煌, 谭和华, 罗辉, 杜鹏飞, 邱海南, 郅军辉, 王波, 李刘海, 黎欣 申请人:深圳市赛亿科技开发有限公司