电机运行检测方法、装置、计算机设备和电机控制装置与流程

1.本技术涉及电机检测技术领域，特别是涉及一种电机运行检测方法、装置、计算机设备和电机控制装置。


背景技术：

2.步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机，每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步。步进电机因其简单易用的控制特性经常被一些精度要求较高、成本敏感、转矩较小的场合中的众多电控系统所使用。
3.步进电机在使用过程中，若转动时遇到障碍物或内部元件老化，容易出现堵转或失步的情况，此时若步进电机控制器不能准确检测到堵转信息并采取相应措施，整个步进电机的运作系统将会出现异常，严重时导致步进电机损坏。
4.传统的检测步进电机是否失步或堵转的方法，通常是采用光电编码器测量转子转速，行程开关作为完成某段行程的触发信号，以此来控制步进电机的行程。然而光电编码器和行程开关对结构有严格要求，使用时间越长，越容易产生结构偏移，使用成本较高，检测结果准确性易受干扰。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高步进电机运行情况检测准确性的电机运行检测方法、装置、计算机设备和电机控制装置。
6.第一方面，本技术提供了一种电机运行检测方法，所述方法包括：
7.获取步进电机在非满步驱动周期内的检测时刻的失步检测电平信号；所述失步检测电平信号比较所述步进电机在非满步驱动运行时转子线圈的感应电压与感应参考电压得到；其中，所述转子线圈的感应电压是所述步进电机的转子在所述非满步驱动周期内的非驱动节拍时转动生成的；每个所述非满步驱动周期内的非驱动节拍的设定时间点作为所述非满步驱动周期内的检测时刻；
8.若在所述非驱动节拍的所述失步检测电平信号中检测到高电平信号，则确定所述步进电机在所述非满步驱动周期内失步。
9.在其中一个实施例中，所述若在所述非驱动节拍的所述失步检测电平信号中检测到高电平信号，则确定所述步进电机在所述非满步驱动周期内失步，包括：
10.根据所述检测时刻的所述失步检测电平信号，得到对应的波形图；
11.若所述波形图中检测到矩形波，则确定所述步进电机在所述非满步驱动周期内失步。
12.在其中一个实施例中，所述方法还包括：
13.若所述步进电机在连续多个所述非满步驱动周期内失步，则确定所述步进电机堵转。
14.在其中一个实施例中，所述方法还包括：
15.获取第一预设映射表，所述第一预设映射表记录所述感应电压与所述步进电机的转子转速的映射关系；
16.获取所述转子线圈的感应电压，查找所述第一预设映射表，确定所述感应电压对应的转子转速。
17.在其中一个实施例中，所述方法还包括：
18.获取第二预设映射表，所述第二预设映射表记录所述步进电机的运行数据与所述感应参考电压的映射关系；
19.获取所述步进电机的运行数据，查找所述第二预设映射表，确定对应的感应参考电压；所述运行数据包括所述步进电机的使用时长、驱动电压和驱动负载中的至少一种。
20.在其中一个实施例中，在所述确定所述步进电机失步后，还包括：
21.生成补偿驱动信号，根据所述补偿驱动信号驱动所述转子线圈额外转动一个所述非满步驱动周期。
22.在其中一个实施例中，在所述确定所述步进电机堵转后，还包括：
23.生成反向驱动信号，根据所述反向驱动信号驱动所述转子线圈反向转动；获取反向驱动周期内检测得到的反向失步检测电平信号；
24.若连续多个反向驱动周期检测到所述高电平信号，则确定所述步进电机双向堵转。
25.第二方面，本技术还提供了一种电机运行检测装置，所述装置包括：
26.信号获取模块，用于获取步进电机在非满步驱动周期内的检测时刻的失步检测电平信号；所述失步检测电平信号比较所述步进电机在非满步驱动运行时转子线圈的感应电压与感应参考电压得到；其中，所述转子线圈的感应电压是所述步进电机的转子在所述非满步驱动周期内的非驱动节拍时转动生成的；每个所述非满步驱动周期内的非驱动节拍的设定时间点作为所述非满步驱动周期内的检测时刻；
27.失步分析模块，用于若在所述非驱动节拍的所述失步检测电平信号中检测到高电平信号，则确定所述步进电机在所述非满步驱动周期内失步。
28.第三方面，本技术还提供了一种电机控制装置，所述装置包括：感应电压检测电路、电压比较电路以及主控芯片，所述感应电压检测电路的输入端与步进电机的转子线圈连接，输出端与所述电压比较电路的第一输入端连接，所述电压比较电路的第二输入端接入感应参考电压，所述电压比较电路的输出端与所述主控芯片连接；
29.所述感应电压检测电路采集所述步进电机在非满步驱动周期内的非驱动节拍下运行时所述转子线圈的感应电压，所述电压比较电路根据所述转子线圈的感应电压与感应参考电压的比较结果输出所述非满步驱动周期内的检测时刻的失步检测电平信号；所述主控芯片，用于获取所述失步检测电平信号，若在所述非驱动节拍的所述失步检测电平信号中检测到高电平信号，则确定所述步进电机在所述非满步驱动周期内失步。
30.第三方面，本技术还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法的步骤。
31.上述电机运行检测方法、装置、计算机设备和电机控制装置，根据步进电机在非满步驱动周期内的非驱动节拍下运行时，转子线圈在转子正常运转和不正常运转时感应电压的变化形态不同，转子线圈在转子非正常运转时，在非驱动节拍下运行时存在持续变化的
感应电压的特点，根据非驱动节拍下检测到的转子线圈的感应电压和参考电压进行比较得到的非满步驱动周期的检测时刻的失步检测电平信号确定步进电机的运行状态。若检测时刻的非驱动节拍的失步检测电平信号中检测到高电平信号，说明在非驱动节拍中转子线圈持续存在变化的感应电压，转子在驱动电压为零的节拍时未正常转动，即步进电机在此非满步驱动周期内失步。通过在非驱动节拍下运行时，转子线圈在转子正常运转和不正常运转时感应电压的变化形态不同，确定步进电机的运行状态，整个检测过程不需要借助其他测量设备，降低了步进电机运行检测的使用成本，提升了步进运行检测结果的准确性。
附图说明
32.图1为一个实施例中电机控制装置的结构框图；
33.图2为一个实施例中电压比较电路的结构示意图；
34.图3为一个实施例中电机控制装置的结构示意图；
35.图4为一个实施例中电机运行检测方法的流程示意图；
36.图5为一个实施例中非驱动节拍下转子正常运转时，转子线圈的电压形态图；
37.图6为一个实施例中非驱动节拍下转子未运转时，转子线圈的感应电压形态图；
38.图7为一个实施例中非驱动节拍下转子非正常运转时的波形图；
39.图8为一个实施例中非驱动节拍下转子正常运转时的波形图；
40.图9为另一个实施例中电机运行检测方法的流程示意图；
41.图10为另一个实施例中电机运行检测方法的流程示意图；
42.图11为另一个实施例中电机运行检测方法的流程示意图；
43.图12为一个实施例中电机检测时各个信号的流向示意图；
44.图13为一个实施例中电机运行检测装置的结构框图；
45.图14为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
46.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
47.步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的步进电机件，通过控制施加在电机线圈上的电脉冲顺序、频率和数量，可以实现对步进电机的转向、速度和旋转角度的控制。配合以直线运动执行机构或齿轮箱装置，更可以实现更加复杂、精密的线性运动控制要求。步进电机一般由前后端盖、轴承、中心轴、转子铁芯、定子铁芯、定子组件、波纹垫圈、螺钉等部分构成。它利用电磁学原理，将电能转换为机械能，是由缠绕在电机定子齿槽上的线圈驱动的。通常情况下，一根绕成圈状的金属丝叫做螺线管，而在电机中，绕在定子齿槽上的金属丝则叫做绕组、转子线圈、或相。
48.步进电机运行时，根据控制器发送的控制脉冲信号与方向信号，控制步进电机的转子线圈以一定的时序正向或反向通电，从而驱动电机正向或反向旋转。根据步进电机一个周期运行的步距情况的不同，可以将步进电机的驱动方式分为满步驱动与非满步驱动，其中，非满步驱动包括半步驱动和微步驱动。为了方便理解，本技术中的非满步驱动均以半
步驱动方式为例进行说明。
49.本技术实施例提供的电机运行检测方法，可以应用于如图1所示的电机控制装置中。
50.如图1所示，电机控制装置包括：感应电压检测电路101、电压比较电路102以及主控芯片103。感应电压检测电路101的输入端与步进电机104的转子线圈1041连接，输出端与电压比较电路102的第一输入端连接，电压比较电路102的第二输入端接入参考电压，电压比较电路102的输出端与主控芯片103连接。
51.其中，感应电压检测电路101为可以在预设检测时刻，采集在非满步驱动下，转子线圈1041处于非驱动节拍时所产生的感应电压的模块。
52.具体地，非满步驱动时，一个驱动周期中会存在若干个驱动电压为零的节拍，确定每个驱动电压为零的节拍为非驱动节拍，驱动电压不为零的节拍为驱动节拍。当转子线圈1041处于非驱动节拍时，转子线圈1041中将不存在驱动电压，若原本步进电机104中的转子在驱动节拍时正常转动，则到非驱动节拍时，即使没有驱动电压驱动，转子也会在惯性作用下保持一定转速的旋转，从而对步进电机104的定子磁场产生影响，而转子线圈1041在改变的定子磁场中会产生相应的感应电压，感应电压检测电路101对转子线圈1041所产生的感应电压进行采集，并将采集得到的感应电压输入至电压比较电路102中。
53.在其中一个实施例中，电压比较电路102包括有低通滤波电路和比较器。
54.具体地，电压比较电路102的内部结构图如图2所示，低通滤波电路1021由低通滤波电阻r1与低通滤波电容c1组成，低通滤波电路1021的输入端即为电压比较电路102的第一输入端，与感应电压检测电路(图中未示出)的输出端连接，输出端分别与比较器1022的同相以及主控芯片(图中未示出)连接。
55.具体地，低通滤波电阻r1的输入端与感应电压检测电路的输出端连接，输出端与低通滤波电容c1连接，用于接收感应电压检测电路输出的转子线圈的感应电压，通过与低通滤波电容c1组合，对输入的感应电压进行低通滤波，滤除电机运行过程中产生的杂波，使得到的感应电压变化规律更加明显。低通滤波电路1021的输出端输出的即为滤波处理后的转子线圈的感应电压，将滤波处理后的转子线圈的感应电压分别输入至比较器1022以及主控芯片中。
56.其中，比较器1022是对输入信号进行鉴别与比较的电路，通过比较两个输入电压的大小，输出电压的高电平或低电平信号，用于表示两个输入电压的大小关系。可以理解的，比较器1022包括但不限于单限比较器、滞回比较器、窗口比较器和三态电压比较器等。
57.具体地，比较器1022的同相端与低通滤波电路1021的输出端连接，反相端即为电压比较电路102的第二输入端，比较器102的反相端与输出端分别与主控芯片连接。
58.比较器1022通过同相端与反相分别接收低通滤波电路1021输出的转子线圈的感应电压，以及主控芯片输出的参考感应电压，将转子线圈的感应电压与参考感应电压进行比较，输出非满步驱动周期的检测时刻的失步检测电平信号至主控芯片中。
59.其中，主控芯片103，用于根据检测时刻的失步检测电平信号对电机运行进行检测，如根据失步检测电平信号判断步进电机是否出现失步、堵转等情况。
60.在一个实施例中，如图3所示，提供了一种完整的电机控制装置，包括主控芯片301、步进电机驱动电路302、步进电机303、电压比较电路304。
61.其中，主控芯片301包括驱动控制输出端3011、方向控制输出端3012、感应参考电压输出端3013、感应电压输入端3014、失步检测电平信号输入端3015。
62.具体地，主控芯片301的驱动控制输出端3011与方向控制输出端3012分别与步进电机驱动电路连接，用于输出步进电机驱动脉冲信号与步进电机驱动方向信号。感应参考电压输出端3014与电压比较电路304中比较器的反相端连接，用于输出感应参考电压。感应电压输入端与电压比较电路304中的低通滤波电路输出端连接，用于接收低通滤波后的转子线圈的感应电压。失步检测电平信号输入端与电压比较电路304中比较器的输出端连接，用于接收比较器输出的失步检测电平信号。
63.其中，步进电机驱动电路302包括第一输入端3021、第二输入端3022、第一输出端3023、第二输出端3024、第三输出端3025以及第六输出端3026。具体地，第一输入端3021与第二输入端3022分别与主控芯片301的驱动控制输出端3011和方向控制输出端3012连接，用于接收主控芯片301传输的驱动脉冲信号与驱动方向信号。第一输出端3023与第二输出端3024分别与步进电机303的第一转子线圈3031连接。第三输出端3025和第四输出端3026分别与第二转子线圈3032连接，用于将生成的驱动电压输入至步进电机303的转子线圈中。
64.其中，步进电机303中包括有第一转子线圈3031、第二转子线圈3032、转子3033、驱动对象3034。
65.具体地，步进电机303中的第一转子线圈3031的输入端与第二转子线圈3032的输入端分别与步进电机驱动电路302的第一输出端3023、第二输出端3024连接，用于接收步进电机驱动电路302输入的驱动电压。第一转子线圈3031的输出端与电压比较电路304的输入端连接，可以理解的，输入端即低通滤波电阻r1的输入端。用于将转子线圈产生的感应电压输入至电压比较电路304中。步进电机303中的转子3033通过力矩与驱动对象3034连接，转子转动时，带动驱动对象3034进行转动，使驱动对象运行到预设的开合度位置。
66.其中，电压转换电路304中低通滤波电路3041的输出端3042与主控芯片301的感应电压输入端3014连接，用于输出低通滤波后的感应电压至主控芯片301中。电压转换电路304中比较器3043的输出端3044与主控芯片301的失步检测电平信号输入端3015连接，用于将比较得到的检测时刻的失步检测电平信号输入至主控芯片301中。比较器3043的同相3045与主控芯片301的感应参考电压输入端3013连接，用于接收主控芯片3013输出的感应参考电压。比较器3043的反相与低通滤波电路3041的输出端3042连接，用于接收转子线圈的感应电压。
67.在一个实施例中，如图4所示，提供了一种电机运行检测方法，以该方法应用于图1中的主控芯片为例进行说明，包括以下步骤：
68.步骤402，获取步进电机在非满步驱动周期内的检测时刻的失步检测电平信号；失步检测电平信号比较步进电机在非满步驱动运行时转子线圈的感应电压与感应参考电压得到；其中，转子线圈的感应电压是步进电机的转子在非满步驱动周期内的非驱动节拍时转动生成的；每个非满步驱动周期内的非驱动节拍的设定时间点作为非满步驱动周期内的检测时刻。
69.具体地，步进电机的运行方式大体分为两种，满步驱动与非满步驱动。其中。满步驱动是指在一个驱动周期内，步进电机运行转动一个步距的驱动方式。非满步驱动方式是指，一个驱动周期内，步进电机运行转动步距角的部分角度的驱动方式，非满步驱动可以分
为半步驱动与微步驱动。
70.半步驱动是指以步进电机固有的结构决定的步距角的一半角度进行步进旋转的驱动模式。例如，以步进电机为两相四极电机时，若其步距角为90度，则在半步驱动模式下，一个脉冲信号使步进电机旋转45度。
71.微步驱动与半步驱动类似，但是其步距角更小，可以细分到四分之一步、八分之一步甚至更小的步距。对应的步进角度就是在整步步距角乘以微步系数。例如，以步进电机为两相四极电机时，若其步距角为90度，则在微步驱动模式下，一个脉冲信号使步进电机旋转22.5度。
72.本实施例中的非满步驱动以半步驱动为例，具体地，步进电机的主控芯片输出驱动控制信号，此信号即为步进电机的驱动信号。半步驱动的驱动信号每周期分为八个节拍，而八拍中存在有两拍驱动电压为零的节拍，即非驱动节拍，而驱动电压不为零的其他六个节拍即为驱动节拍。
73.步进电机在驱动节拍下运行时，在转子线圈中施加驱动电压，驱动电压产生电流流经转子线圈，产生相应磁场，使转子在磁力作用下发生转动。步进电机有驱动节拍运行至非驱动节拍时，停止向转子线圈中输送驱动电压，流经转子线圈的电流也会消失，由于流经的电流大小发生了变化，转子线圈自身会发生自感现象，产生一个自感电压，同时转子也会在惯性作用下保持一定转速的旋转，从而对步进电机的定子磁场产生影响，而转子线圈在改变的定子磁场中会产生相应的互感应电压。即，在转子正常转动时，在非驱动节拍下采集到的转子线圈的感应电压由自感电压与互感电压构成。若步进电机发生失步或堵转，则转子在驱动节拍下不会产生转动，当步进电机运行至非驱动节拍时，转子不会由于惯性作用持续转动而影响定子的磁场，即转子线圈不会产生相应的互感电压。即，在转子非正常转动时，在非驱动节拍下采集到的转子线圈的感应电压仅由自感电压构成。因此，在非驱动节拍下，转子在转动时所采集到的转子线圈的感应电压与转子未正常转动时所采集的转子线圈的感应电压具有不同的变化形态，如图5与图6所示。
74.图5中示出的是在一个非满步驱动周期下，步进电机的转子正常运转时，转子线圈a的驱动电压变化形态(图中下部分)与感应电压变化形态(图中上部分)。
75.由图可见，驱动电压的信号为矩形波形态，转子线圈a的两端，即a+与a-端的电压值有一端不为零，则说明此时转子线圈a两端存在电势差，即转子线圈a中存在驱动电压，其对应节拍为驱动节拍。当转子线圈a的两端电压值均为零时，说明此时转子线圈a两端不存在电势差，转子线圈a中没有驱动电压，其对应节拍为非驱动节拍。根据步进电机半步驱动的原理，非驱动节拍与驱动节拍交替运行，使步进电机的转子持续保持转动。
76.在非驱动节拍运行时时，首先会有一小段适应时间(检测时间段前的时间段即为适应时间段)，此时间内没有感应电压产生，随后由于流经转子线圈内的电流发生改变，转子线圈产生自感现象，生成自感电压，而此时转子在惯性作用下转动产生变化磁场，磁场使转子线圈产生互感电压，互感电压与自感电压在检测时刻相互抵消，因此在转子正常转动时，以转子线圈a-为例，检测时间段的转子线圈所产生的感应电压为0。而在两个非驱动节拍中，感应电压的变化方向不同，这是由于驱动电压的方向不同导致的。在驱动节拍运行时，若转子正常转动，则会同时检测到驱动电压和感应电压，此电压称为驱动感应电压，由图可以看出，驱动感应电压与驱动电压形态相似，均为矩形波形态。
77.当转子未正常转动时，转子线圈的感应电压变化形态如图6所示，以检测时间段作为参照，可以看出，适应时间过去后，转子线圈自身产生自感现象，生成自感电压，而此时转子并未发生转动，因此不会产生变化磁场，从而使转子线圈产生互感电压，即转子线圈所产生的自感电压不会被抵消，因此在转子非正常转动时，以转子线圈a-为例，检测时间段的转子线圈所产生的感应电压不为0。
78.由图5与图6可以看出，在非驱动节拍中，转子正常转动与非正常转动时，在检测时间段内转子线圈的感应电压形态是不同的。因此，可以设置适当的感应参考电压，通过将采集到的感应电压与感应参考电压进行比较，确定步进电机中转子是否正常转动。
79.其中，检测时刻为非驱动节拍的检测时间段中一个设定时间点，具体地，为了能更好的通过感应电压与感应参考电压的比较结果确定步进电机的运行状态，需要在进行检测的非驱动节拍的检测时间段中选择一个固定的时间点作为检测时刻，通过采集检测时刻的转子线圈的感应电压与感应参考电压进行比较，得到失步检测电平信号。可以理解的，检测时刻的选取根据步进电机实际参数而定，需保证的是，在检测时刻，转子正常转动和非正常转动时，即步进电机正常运行与出现失步或堵转等故障时，采集得到的感应电压值存在明显差别。
80.其中，感应参考电压为检测时刻用于与转子线圈的感应电压进行比较的预设阈值电压，由于需要根据感应电压与感应参考电压的比较值确定失步检测电平信号，进一步确定步进电机的运行状态，因此，选取检测时刻，转子正常转动下的感应电压值与转子非正常转动下的感应电压值之间的值作为感应参考电压，保证在转子正常转动时，将转子线圈的感应电压值与感应参考电压值输入至步进电机检测装置的电压比较电路中进行比较时输出低电平信号，在转子非正常转动时，将转子线圈的感应电压值与感应参考电压值输入至步进电机检测装置的电压比较电路中进行比较时输出高电平信号。
81.具体地，将步进电机在非满步驱动运行时，转子线圈的感应电压与感应参考电压输入至步进电机检测装置的电压比较电路中，电压比较电路通过比较感应参考电压与转子线圈的感应电压的大小输出检测时刻的失步检测电平信号。
82.步骤404，若在非驱动节拍的失步检测电平信号中检测到高电平信号，则确定步进电机在非满步驱动周期内失步。
83.其中，步进电机失步是指步进电机接收到脉冲信号后，步进电机的转子未发生转动，导致步进电机没有按照脉冲信号的指令到达应该到达的位置的情况。造成步进电机失步的原因包括但不限于步进电机工作力矩较小、步进电机启停时的加减速过程不充分、驱动电压设定过低等等。
84.具体地，若电压比较电路输出的失步检测电平信号一直为低电平信号，说明此时转子线圈的感应电压为转子正常转动时采集得到的，步进电机在半步驱动周期内运行状态正常。若电压比较电路输出的失步检测电平信号存在高电平信号，说明此时转子线圈的感应电压为转子未正常转动时采集得到的，步进电机在半步驱动周期内失步。
85.主控芯片若在非驱动节拍的失步检测电平信号中检测到高电平信号，说明在此非满步驱动周期内转子未发生转动，确定步进电机在此非满步驱动周期失步。
86.上述电机运行检测方法中，根据步进电机在非满步驱动周期内的非驱动节拍下运行时，转子线圈在转子正常运转和不正常运转时感应电压的变化形态不同，转子线圈在转
子非正常运转时，在非驱动节拍下运行时存在持续变化的感应电压的特点，根据非驱动节拍下检测到的转子线圈的感应电压和参考电压进行比较得到的非满步驱动周期的检测时刻的失步检测电平信号确定步进电机的运行状态。若检测时刻的非驱动节拍的失步检测电平信号中检测到高电平信号，说明在非驱动节拍中转子线圈持续存在变化的感应电压，转子在驱动电压为零的节拍时未正常转动，即步进电机在此非满步驱动周期内失步。通过在非驱动节拍下运行时，转子线圈在转子正常运转和不正常运转时感应电压的变化形态不同，确定步进电机的运行状态，整个检测过程不需要借助其他测量设备，降低了步进电机运行检测的使用成本，提升了步进运行检测结果的准确性。
87.为了更清楚的通过失步检测电平信号确定步进电机的运行状态，在一个实施例中，若在非驱动节拍的失步检测电平信号中检测到高电平信号，则确定步进电机在非满步驱动周期内失步，包括：
88.根据检测时刻的失步检测电平信号，得到对应的波形图；若波形图中检测到矩形波，则确定步进电机在非满步驱动周期失步。
89.其中，波形图是根据电压比较电路输出的失步检测电平信号生成的，体现失步检测电平信号的高低变化。
90.具体地，转子未正常转动时，电压比较电路将检测时刻的转子线圈的感应电压与感应参考电压进行比较，输出高电平信号。根据此高低电平信号组成输出的失步检测电平信号(设定除检测时刻以外，所有时刻的电平信号均为低电平信号)，主控芯片根据电压比较电路输出的失步检测电平信号得到一个矩形波，矩形波如图7所示(图中包括多个非满步驱动周期的矩形波)。图8为转子正常转动时对应的波形图(图中包括有多个非满步驱动周期)，由于转子正常转动，因此电压比较电路将检测时刻的转子线圈的感应电压与感应参考电压进行比较，输出低电平信号，根据此多个低电平信号组成输出的失步检测电平信号。
91.主控芯片在确定非满步驱动周期的波形图中检测到矩形波时，可以确定在该非满步驱动周期内转子未发生转动，即确定步进电机在非满步驱动周期存在失步的情况。
92.本实施例中，通过根据电压比较电路输出的失步检测电平信号生成对应的波形图，通过波形图可以更加直观清楚的确定步进电机在非满步驱动周期存在失步的情况。
93.与步进电机失步一样，步进电机堵转也是电机运行过程中不可忽视的问题。电机堵转时电机的转子的转速为零，此时电机仍然输出扭矩，而电机堵转时功率因数极低，堵转所产生的堵转电流最高可达额定电流的7倍，若不能及时发现电机存在堵转情况进行处理，时间稍长就会对步进电机造成损坏。
94.在一个实施例中，如图9所示，提供了一种电机运行检测方法，包括以下步骤：
95.步骤902，获取步进电机在非满步驱动周期内的检测时刻的失步检测电平信号；失步检测电平信号比较步进电机在非满步驱动运行时转子线圈的感应电压与感应参考电压得到；其中，转子线圈的感应电压是步进电机的转子在非满步驱动周期内的非驱动节拍时转动生成的；每个非满步驱动周期内的非驱动节拍的设定时间点作为非满步驱动周期内的检测时刻。
96.步骤904，若在非驱动节拍的失步检测电平信号中检测到高电平信号，则确定步进电机在非满步驱动周期内失步。
97.步骤906，若步进电机在连续多个非满步驱动周期内失步，则确定步进电机堵转。
98.其中，主控芯片中预先设置有堵转判断条件，堵转判断条件为若步进电机在预设个数的连续非满步驱动周期内均失步，则确定步进电机发送堵转。可以理解的，连续非满步驱动周期的具体个数根据步进电机的实际运行参数等情况设定。
99.具体地，主控芯片在根据电压比较电路输出的失步检测电平信号确定步进电机在非满步驱动周期存在失步时，根据预设的堵转判断条件继续获取预设个数的连续非满步驱动周期内电压比较电路输出的失步检测电平信号，若确定步进电机在预设个数的连续非满步驱动周期内均失步，则满足预设堵转判断条件，主控芯片确定步进电机堵转。
100.在其中一个实施例中，若步进电机在连续多个非满步驱动周期失步，则确定步进电机堵转，包括：获取多个非满步驱动周期的失步检测电平信号，根据各非满步驱动周期的失步检测电平信号生成第二波形图；对第二波形图进行多周期滤波处理，若第二波形图中存在预设连续个数非满步驱动周期内检测到矩形波，则确定步进电机堵转。
101.在其中一个实施例中，主控芯片在确定步进电机堵转后，可以控制步进电机停机，避免堵转对步进电机造成损害。
102.上述实施例中，通过获取连续多个非满步驱动周期步进电机的运行情况，在连续多个非满步驱动周期步进电机都失步时，确定步进电机发生堵转，及时准确的根据失步检测电平信号确定步进电机的运行情况，避免了步进电机因长时间堵转而损坏，提升了电机运行的安全性。
103.步进电机在使用时，可能会因为外界的一些影响因素，导致转子转速改变，例如，步进电机中进入杂物导致转子转动受阻，或步进电机使用年限增加，导致转子阻尼增大等。而准确获取转子转速可以有效的了解步进电机转子的运行情况。
104.在一个实施例中，电机运行检测方法还包括：获取第一预设映射表，第一预设映射表记录感应电压与步进电机的转子转速的映射关系。获取转子线圈的感应电压，查找第一预设映射表，确定感应电压对应的转子转速。
105.具体地，主控芯片预先存储有记录了感应电压与步进电机转子转速的映射关系的第一预设映射表。在进行检测时，主控芯片从存储系统中获取第一预设映射表，并基于接收到的步进电机转子线圈的感应电压的具体数值，从第一预设映射表中查找与其数值对应的转子转速。可以理解的，第一预设映射表是基于实验数据与经验数据生成的。
106.在本实施例中，通过根据接收到的步进电机转子线圈的感应电压的具体数值查找第一预设映射表，确定当前步进电机的转子转速，可以在不添加任何检测设备的情况下，准确知道每个时刻步进电机的实际转子转速，有利于主控芯片根据实际转子转速确定步进电机运行的调节方案，使步进电机的运行更加稳定。
107.电压比较电路在生成失步检测电平信号时，依据的是感应参考电压与转子线圈感应电压的比较结果，因此感应参考电压取值的准确性与检测结果的准确性相关。
108.在一个实施例中，主控芯片通过获取所述步进电机的运行数据，根据所述运行数据确定感应参考电压。
109.具体地，步进电机使用时会受到如使用环境、使用方法等因素的影响，在非满步驱动时，转子线圈生成的感应电压也会随之产生变化，若感应参考电压持续为出厂时即设置好的定值，在步进电机实际使用时，根据感应参考电压得到的失步检测电平信号会导致检测结果不准确，确定的步进电机运行状态也会出现偏差。
110.为了保证检测结果的准确性，在检测时，主控芯片获取步进电机当前时刻的运行数据，并根据运行数据确定当前时刻对应的感应参考电压，将感应参考电压输入至电压比较电路中，电压比较电路根据当前检测时刻对应的感应参考电压与当前检测时刻转子线圈的感应电压的比较结果，输出失步检测电平信号。通过步进电机的运行数据确定对应的感应参考电压，可以保证感应参考电压能够适应影响因素对步进电机的影响，符合当前检测时刻步进电机的运行情况，进一步提升检测结果的准确性。
111.在一个实施例中，获取步进电机的运行数据，根据运行数据确定感应参考电压，包括：获取第二预设映射表，第二预设映射表记录步进电机的运行数据与感应参考电压的映射关系。获取步进电机的运行数据，查找第二预设映射表，确定对应的感应参考电压；运行数据包括步进电机的使用时长、驱动电压和驱动负载中的至少一种。
112.其中，运行数据包括步进电机的使用时长、驱动电压和驱动负载中的至少一种。具体地，步进电机使用时长增加，步进电机内部设备会存在一定的老化现象，比如转子阻尼增加等，为了适应使用时长对步进电机运行的影响，感应参考电压的设置值要适度降低，以保证感应参考电压始终满足在转子正常运转时，电压比较电路将转子线圈的感应电压与感应参考电压进行比较，输出低电平信号。在转子不正常运转时，电压比较电路将转子线圈的感应电压与感应参考电压进行比较，输出高电平信号，从而得到准确的检测结果。
113.步进电机的驱动电压是用于驱动步进电机进行运转的电压，驱动电压越高，步进电机的转子转速越快，驱动电压为零时，转子的惯性越大，对转子线圈产生感应电压的影响也越大。为了适应驱动电压对步进电机运行的影响，感应参考电压的设置值要适度调节，以提高检测结果的准确性。
114.步进电机的驱动负载为步进电机所要驱动的对象(如阀门)的负载，驱动负载越小，步进电机所需产生的力越小，为了适应驱动负载对步进电机运行的影响，感应参考电压的设置值要适度提高，以提高检测结果的准确性。
115.具体地，主控芯片预先存储有记录了运行数据与感应参考电压的映射关系的第二预设映射表。在进行检测时，主控芯片从存储系统中获取第二预设映射表，并基于获取到的步进电机的运行数据所携带的标识，从第二预设映射表中查找与其标识对应的感应参考电压，将此感应参考电压确定为当前检测时刻的感应参考电压，输入至电压比较电路中与转子线圈的感应电压进行比较，获得失步检测电平信号。可以理解的，第二预设映射表是基于实验数据与经验数据生成的。
116.在本实施例中，根据步进电机的运行数据查找第二预设映射表，确定当前运行数据下对应使用的感应参考电压，保证进行比较生成失步检测电平信号的感应参考电压能够适应影响因素对步进电机的影响，符合当前检测时刻步进电机的运行情况，进一步提升检测结果的准确性。
117.在其中一个实施例中，步进电机首次运行检测时，根据步进电机的使用时长、驱动电压和驱动负载查找第二预设映射表，确定步进电机的感应参考电压。通过三种运行数据查找第二预设映射表，可以使步进电机首次运行检测时确定的感应参考电压更加准确，符合步进电机的运行环境。而在步进电机使用环境确定后，其对应的驱动电压和驱动负载大多不会发生改变，因此，在步进电机非首次运行检测时，可以仅根据步进电机的使用时长确定当前检测时刻的感应参考电压，简化查找流程。
118.当确定步进电机发生失步时，说明步进电机未按照脉冲信号的指令移动相应的步距，使驱动对象(如阀门)达到设定的开合度，为了更加精确的控制驱动对象的移动，在一个实施例中，主控芯片在确定步进电机失步后，还包括：生成补偿驱动信号，根据补偿驱动信号驱动转子线圈额外转动一个非满步驱动周期。
119.具体地，主控芯片实时检测每一个非满步驱动周期内步进电机的运行状态，在确定步进电机在一个非满步驱动周期内失步后，主控芯片生成一个非满步驱动信号作为补充驱动信号，根据补偿驱动信号驱动转子线圈额外转动一个非满步驱动周期，补偿相应的步距到步进电机的总移动步程中，精确控制驱动对象达到设定的开合度位置。
120.当确定步进电机堵转时，为了进一步了解电机堵转的情况，在一个实施例中，如图10所示，电机运行检测方法还包括以下步骤：
121.步骤1002，生成反向驱动信号，根据反向驱动信号驱动转子线圈反向转动。
122.其中，反向驱动信号是用于产生与原驱动电压相位相反的电压的脉冲信号，根据相位相反的电压的脉冲信号，可以生成相位相反的相电流。步进电机的相电流及磁场遵循安培右手螺旋定律，通过控制驱动电压的方向控制电机电流的相位，就能够使电机定子的磁极方向发生反转。
123.具体地，主控芯片在确定步进电机在原驱动方向上发送堵转时，生成用于产生与原驱动电压相位相反的电压的反向驱动信号，根据反向驱动信号驱动转子反向转动。
124.步骤1004，获取反向驱动周期检测得到的反向失步检测电平信号。
125.具体地，获取步进电机在反向非满步驱动运行时转子线圈的反向感应电压与反向感应参考电压进行比较得到的反向驱动周期的反向失步检测电平信号。
126.可以理解的是，反向失步检测电平信号获取的过程与失步检测电平信号获取的过程相似，即电压比较电路接收感应电压检测电路输入的转子线圈的反向感应电压，接收主控芯片发送的当前检测时刻步进电机对应的反向感应参考电压，将反向感应电压与反向感应参考电压进行比较，得到反向驱动周期的反向失步检测电平信号。
127.步骤1006，若连续多个反向驱动周期检测到高电平信号，则确定步进电机双向堵转。
128.具体地，主控芯片若在连续多个反向非满步驱动周期的反向失步检测电平信号中检测到高电平信号，说明在各反向非满步驱动周期内转子仍未发生转动，即转子双相均无法转动，确定步进电机的堵转为双向堵转。
129.在其中一个实施例中，若在反向驱动周期中检测到持续的低电平信号，则确定步进电机单向堵转。
130.在其中一个实施例中，确定步进电机的堵转类型后，根据步进电机的堵转类型按照不同的处理策略进行处理。例如，当确定步进电机为单向堵转时，控制步进电机单向运转；当确定步进电机为双向堵转时，控制步进电机停机。
131.上述实施例中，在确定步进电机发生堵转时，通过生成反向驱动信号驱动步进电机的转子线圈反向转动，根据检测得到的反向失步检测电平信号在确定步进电机堵转的同时还可以确定步进电机的堵转类型，有利于根据步进电机的运行情况，及时对步进电机进行处理，避免了步进电机因长时间堵转而损坏，提升了电机运行的安全性。
132.在一个实施例中，如图11所示，提供了一种电机运行检测方法，以该方法应用于温
控阀的水阀门中为例进行说明。
133.首先，电机运行检测方法中各个信号的流向如图12所示，具体地，主控芯片mcu根据预设温控阀阀门开合度生成非满步驱动控制信号，非满步驱动控制信号中包括驱动脉冲信号与方向信号，主控芯片将非满步驱动控制信号输送至步进电机驱动电路，控制步进电机驱动电路生成相电流，将相电路输入至转子线圈中。
134.转子线圈通电后，电能产生磁场，在磁场作用下转子发生转动，驱动温阀门机构中的温控阀阀门移动相应的步程。
135.感应电压检测电路采集非满步驱动周期内第一个非驱动节拍下，任意一个转子线圈的一端的感应电压，将转子线圈的感应电压输入至电压比较电路中的低通滤波电阻输入端，经由低通滤波电阻与低通滤波电容协同作用，滤除采集到的感应电压中的杂波，并将滤波后的感应电压输入到电压比较电路的比较器中，同时输入到主控芯片中。
136.主控芯片接收到感应电压后，从数据存储系统中获取第一预设映射表，根据感应电压的具体数值从第一预设映射表中获取当前检测时刻步进电机的转子转速。
137.主控芯片获取步进电机的运行数据与第二预设映射表，运行数据包括了驱动电压、阀门负载变化、使用时长以及环境干扰等数据，根据运行数据携带的标识从第二预设映射表中查找得到当前检测时刻对应的感应参考电压，并将感应参考电压发送给电压比较电路中的比较器。
138.比较器将接收到的转子线圈的感应电压与感应参考电压进行比较，输出当前检测时刻的失步检测电平信号，将失步检测电平信号发送至主控芯片中进行判断，确定步进电机的运行状态。
139.主控芯片接收失步检测电平信号，根据失步检测电平信号得到对应的波形图，对波形图进行判断，若非满步驱动周期内的波形图中检测到矩形波，则确定步进电机在非满步驱动周期失步。主控芯片在确定步进电机失步后，生成补偿驱动信号，根据补偿驱动信号驱动转子线圈额外转动一个非满步驱动周期。
140.若主控芯片在连续多个非满步驱动周期的波形图中检测到矩形波，则确定步进电机堵转。主控芯片在确定步进电机发生堵转后，生成反向驱动信号，根据反向驱动信号驱动转子线圈反向转动，获取反向驱动周期检测得到的反向失步检测电平信号，若主控芯片在连续多个反向驱动周期检测到矩形波，则确定步进电机双向堵转。
141.本实施例中，通过采用软硬件结合的方法，实现步进电机的闭环控制、步进电机运行状态检测，进而达到了精确控制温控阀水阀门的目的。
142.应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
143.基于同样的发明构思，本技术实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的机运行检测方法的机运行检测装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的
实现方案相似，故下面所提供的一个或多个机运行检测装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于机运行检测方法的限定，在此不再赘述。
144.在一个实施例中，如图13所示，提供了一种机运行检测装置1300，包括：信号获取模块1301和失步分析模块1302，其中：
145.信号获取模块1301，用于获取步进电机在非满步驱动周期内的检测时刻的失步检测电平信号；失步检测电平信号比较步进电机在非满步驱动运行时转子线圈的感应电压与感应参考电压得到；其中，转子线圈的感应电压是步进电机的转子在非满步驱动周期内的非驱动节拍时转动生成的；每个非满步驱动周期内的非驱动节拍的设定时间点作为非满步驱动周期内的检测时刻。
146.失步分析模块1302，用于若在非驱动节拍的失步检测电平信号中检测到高电平信号，则确定步进电机在非满步驱动周期内失步。
147.上述电机运行检测装置，根据步进电机在非满步驱动周期内的非驱动节拍下运行时，转子线圈在转子正常运转和不正常运转时感应电压的变化形态不同，转子线圈在转子非正常运转时，在非驱动节拍下运行时存在持续变化的感应电压的特点，根据非驱动节拍下检测到的转子线圈的感应电压和参考电压进行比较得到的非满步驱动周期的检测时刻的失步检测电平信号确定步进电机的运行状态。若检测时刻的非驱动节拍的失步检测电平信号中检测到高电平信号，说明在非驱动节拍中转子线圈持续存在变化的感应电压，转子在驱动电压为零的节拍时未正常转动，即步进电机在此非满步驱动周期内失步。通过在非驱动节拍下运行时，转子线圈在转子正常运转和不正常运转时感应电压的变化形态不同，确定步进电机的运行状态，整个检测过程不需要借助其他测量设备，降低了步进电机运行检测的使用成本，提升了步进运行检测结果的准确性。
148.在一个实施例中，失步分析模块还用于：根据检测时刻的失步检测电平信号，得到对应的波形图；若波形图中检测到矩形波，则确定步进电机在非满步驱动周期内失步。
149.在一个实施例中，电机运行检测装置还包括：堵转分析模块，用于若步进电机在连续多个非满步驱动周期内失步，则确定步进电机堵转。
150.在一个实施例中，电机运行检测装置还包括：转子转速确定模块，用于获取第一预设映射表，第一预设映射表记录感应电压与步进电机的转子转速的映射关系；获取转子线圈的感应电压，查找第一预设映射表，确定感应电压对应的转子转速。
151.在一个实施例中，电机运行检测装置还包括：参考电压确定模块，用于获取第二预设映射表，第二预设映射表记录步进电机的运行数据与感应参考电压的映射关系；获取步进电机的运行数据，查找第二预设映射表，确定对应的感应参考电压；运行数据包括步进电机的使用时长、驱动电压和驱动负载中的至少一种。
152.在一个实施例中，电机运行检测装置还包括：补偿驱动模块，用于生成补偿驱动信号，根据补偿驱动信号驱动转子线圈额外转动一个非满步驱动周期。
153.在一个实施例中，电机运行检测装置还包括：堵转类型分析模块，用于生成反向驱动信号，根据反向驱动信号驱动转子线圈反向转动；获取反向驱动周期内检测得到的反向失步检测电平信号；若连续多个反向驱动周期检测到高电平信号，则确定步进电机双向堵转。
154.上述电机运行检测装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实
现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
155.在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是主控芯片，其内部结构图可以如图14所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储感应参考电压、预设映射表等数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种电机运行检测方法。
156.本领域技术人员可以理解，图14中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
157.在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以上各电机运行检测方法实施例中的步骤。
158.在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以上各电机运行检测方法实施例中的步骤。
159.在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以上各电机运行检测方法实施例中的步骤。
160.需要说明的是，本技术所涉及的用户信息(包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等)和数据(包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等)，均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据。
161.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(read-only memory，rom)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(reram)、磁变存储器(magnetoresistive random access memory，mram)、铁电存储器(ferroelectric random access memory，fram)、相变存储器(phase change memory，pcm)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(random access memory，ram)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，ram可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(static random access memory，sram)或动态随机存取存储器(dynamic random access memory，dram)等。本技术所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本技术所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。
162.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛
盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
163.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术的保护范围应以所附权利要求为准。