一种步进电机瞬时堵转自恢复方法及装置与流程

本发明涉及步进电机技术领域，更具体地说，涉及一种步进电机瞬时堵转自恢复方法及装置。

背景技术：

闭环伺服系统主要是由上位机101、控制器102、驱动器103、步进电机104和负载105构成，其结构示意图如图1所示。在闭环伺服系统中，上位机将目标角度值发送至控制器，控制器根据目标角度值和负载传感器反馈的当前角度值向驱动器发送指令，使步进电机带动负载继续转动。

但是在步进电机高速运转的过程中，当受到外力扰动或者由于振动引入的瞬时不平衡力矩过大时，就会造成瞬时堵转。并且由于上位机不断发送的目标角度值与步进电机在堵转停滞位置的角度值之差不断增加，就会导致步进电机在一个转动周期内出现持续性堵转甚至啸叫。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种步进电机瞬时堵转自恢复方法及装置，以解决现有的技术方案中当步进电机出现瞬时堵转之后，在一个转动周期内出现持续性堵转甚至啸叫的问题。技术方案如下：

一种步进电机瞬时堵转自恢复方法，包括：

判断步进电机的驱动器是否处于使能状态；

当所述驱动器处于使能状态时，实时读取负载传感器反馈的角度值；

经过设定时长之后，采集所述负载传感器反馈的当前角度值；

根据所述角度值、所述设定时长、所述当前角度值和上位机发送的当前步进电机转速值，对所述步进电机是否存在瞬时堵转进行预判；

当预判所述步进电机存在瞬时堵转时，依据所述当前角度值、所述设定时长、预设步进电机加速度值和所述上位机发送的当前目标角度值，判定所述步进电机是否处于换向扫描状态；

当判定所述步进电机不处于所述换向扫描状态时，确定所述步进电机存在瞬时堵转并控制所述驱动器进行重启。

优选的，所述根据所述角度值、所述设定时长、所述当前角度值和上位机发送的当前步进电机转速值，对所述步进电机是否存在瞬时堵转进行预判，包括：

判断所述当前角度值和所述角度值的差值的绝对值是否小于实际角度差值Δ1，

Δ1＝wt，其中，w为上位机发送的当前步进电机转速值，t为所述设定时长；

若所述当前角度值和所述角度值的差值的绝对值小于所述实际角度差值，则预判所述步进电机存在瞬时堵转；

若所述当前角度值和所述角度值的差值的绝对值大于等于所述实际角度差值，则预判所述步进电机不存在瞬时堵转。

优选的，所述依据所述当前角度值、所述设定时长、预设步进电机加速度值和所述上位机发送的当前目标角度值，判定所述步进电机是否处于换向扫描状态，包括：

判断所述上位机发送的当前目标角度值与所述当前角度值的差值的绝对值是否大于实际换向扫描角度差值Δ2，

其中，a为预设步进电机加速度值，t为所述设定时长；

当所述当前目标角度值与所述当前角度值的差值的绝对值大于所述实际换向扫描角度差值时，判定所述步进电机不处于换向扫描状态；

当所述当前目标角度值与所述当前角度值的差值的绝对值小于等于所述实际换向扫描角度差值时，判定所述步进电机处于换向扫描状态。

优选的，还包括：

当确定所述步进电机出现瞬时堵转时，生成提示信息。

优选的，所述设定时长t为200ms。

一种步进电机瞬时堵转自恢复装置，包括：状态判断模块、角度值读取模块、当前角度值采集模块、瞬时堵转预判模块、换向判定模块和重启控制模块；

所述状态判断模块，用于判断步进电机的驱动器是否处于使能状态；

所述角度值读取模块，用于当所述驱动器处于使能状态时，实时读取负载传感器反馈的角度值；

所述当前角度值采集模块，用于经过设定时长之后，采集所述负载传感器反馈的当前角度值；

所述瞬时堵转预判模块，用于根据所述角度值、所述设定时长、所述当前角度值和上位机发送的当前步进电机转速值，对所述步进电机是否存在瞬时堵转进行预判；

所述换向判定模块，用于当预判所述步进电机存在瞬时堵转时，依据所述当前角度值、所述设定时长、预设步进电机加速度值和所述上位机发送的当前目标角度值，判定所述步进电机是否处于换向扫描状态；

所述重启控制模块，用于当判定所述步进电机不处于所述换向扫描状态时，确定所述步进电机存在瞬时堵转并控制所述驱动器进行重启。

优选的，所述瞬时堵转预判模块具体用于：

判断所述当前角度值和所述角度值的差值的绝对值是否小于实际角度差值；若所述当前角度值和所述角度值的差值的绝对值小于所述实际角度差值，则预判所述步进电机存在瞬时堵转；若所述当前角度值和所述角度值的差值的绝对值大于等于所述实际角度差值，则预判所述步进电机不存在瞬时堵转。

优选的，所述换向判定模块具体用于：

判断所述上位机发送的当前目标角度值与所述当前角度值的差值的绝对值是否大于实际换向扫描角度差值；当所述当前目标角度值与所述当前角度值的差值的绝对值大于所述实际换向扫描角度差值时，判定所述步进电机不处于换向扫描状态；当所述当前目标角度值与所述当前角度值的差值的绝对值小于等于所述实际换向扫描角度差值时，判定所述步进电机处于换向扫描状态。

优选的，还包括：提示信息生成模块；

所述提示信息生成模块，用于当确定所述步进电机出现瞬时堵转时，生成提示信息。

优选的，所述设定时长t为200ms。

相较于现有技术，本发明实现的有益效果为：

本发明公开的一种步进电机瞬时堵转自恢复方法及装置，该方法包括：

当驱动器处于使能状态时，根据负载传感器反馈的角度值、设定时长以及设定时长之后负载传感器反馈的当前角度值和上位机发送的当前步进电机转速值，在理论扫描模式下对步进电机是否存在瞬时堵转进行预判；当预判步进电机存在瞬时堵转时，结合预设步进电机加速度值和上位机发送的当前目标角度值，进一步判定步进电机是否处于换向扫描状态，这就避免了换向扫描导致的误判，最后通过重启驱动器使闭环伺服系统强制重新启动，提高系统自恢复能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为闭环伺服系统结构示意图；

图2为本发明实施例一公开的一种步进电机瞬时堵转自恢复方法流程图；

图3为本发明实施例二公开的一种步进电机瞬时堵转自恢复方法部分流程图；

图4为本发明实施例二公开的另一种步进电机瞬时堵转自恢复方法部分流程图；

图5为本发明实施例三公开的一种步进电机瞬时堵转自恢复装置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本发明实施例一公开了一种步进电机瞬时堵转自恢复方法，应用于步进电机瞬时堵转自恢复装置，方法流程图如图2所示，该步进电机瞬时堵转自恢复方法包括如下步骤：

S101，判断步进电机的驱动器是否处于使能状态；

S102，当驱动器处于使能状态时，实时读取负载传感器反馈的角度值；

在执行步骤S102的过程中，负载传感器设置于步进电机的执行末端以实时获取负载的角度值。

S103，经过设定时长之后，采集负载传感器反馈的当前角度值；

S104，根据角度值、设定时长、当前角度值和上位机发送的当前步进电机转速值，对步进电机是否存在瞬时堵转进行预判；

在执行步骤S104的过程中，针对不同系统的使用场景，对于设定时长即自恢复时间可具体设置，实践过程中，200ms的自恢复时长，针对外界扰动闭环伺服系统的执行效果已较为连贯。

S105，当预判步进电机存在瞬时堵转时，依据当前角度值、设定时长、预设步进电机加速度值和上位机发送的当前目标角度值，判定步进电机是否处于换向扫描状态；

S106，当判定步进电机不处于换向扫描状态时，确定步进电机存在瞬时堵转并控制驱动器进行重启。

需要说明的是，当驱动器不处于使能状态时，执行步骤S107，结束。

还需要说明的是，当预判步进电机不存在瞬时堵转时，执行步骤S108，步进电机正常运行。

还需要说明的是，当判定步进电机处于换向扫描状态时，执行步骤S109，步进电机正常运行。

还需要说明的是，缓启动是步进电机执行动作的第一阶段，伴随闭环伺服系统的使能执行，当驱动器进行重启时，满足了缓启动的条件，一方面满足了空载启动频率的限制，另一方面兼顾了低速启动，充分利用了步进电机低速工作状态下输出力矩相对更大的固有特性，因此也就提高了系统自恢复能力。

还需要说明的是，当确定步进电机出现瞬时堵转时，还可以生成提示信息，故障提示装置接收该提示信息可以以预设形式进行提示步进电机故障；例如故障提示装置可以是提示灯，提示灯闪烁、点亮或变换显示颜色都可以表示步进电机故障。

本发明实施例公开的一种步进电机瞬时堵转自恢复方法，当驱动器处于使能状态时，根据负载传感器反馈的角度值、设定时长以及设定时长之后负载传感器反馈的当前角度值和上位机发送的当前步进电机转速值，在理论扫描模式下对步进电机是否存在瞬时堵转进行预判；当预判步进电机存在瞬时堵转时，结合预设步进电机加速度值和上位机发送的当前目标角度值，进一步判定步进电机是否处于换向扫描状态，这就避免了换向扫描导致的误判，最后通过重启驱动器使闭环伺服系统强制重新启动，提高系统自恢复能力。

实施例二

结合上述本发明实施例一公开的步进电机瞬时堵转自恢复方法，如图2示出的步骤S104中，根据角度值、设定时长、当前角度值和上位机发送的当前步进电机转速值，对步进电机是否存在瞬时堵转进行预判的具体执行过程，如图3所示，包括如下步骤：

S201，判断当前角度值和角度值的差值的绝对值是否小于实际角度差值；

|θ2-θ1|＜Δ1

其中，θ2为当前角度值，θ1为角度值，Δ1为实际角度差值；

Δ1＝wt

其中，w为上位机发送的当前步进电机转速值，t为设定时长。

S202，若当前角度值和角度值的差值的绝对值小于实际角度差值，则预判步进电机存在瞬时堵转；

S203，若当前角度值和角度值的差值的绝对值大于等于实际角度差值，则预判步进电机不存在瞬时堵转。

本发明实施例公开的一种步进电机瞬时堵转自恢复方法，通过比较当前角度值和角度值的差值的绝对值与实际角度差值，实现在理论扫描模式下对步进电机是否存在瞬时堵转进行预判；当预判步进电机存在瞬时堵转时，结合预设步进电机加速度值和上位机发送的当前目标角度值，进一步判定步进电机是否处于换向扫描状态，这就避免了换向扫描导致的误判，最后通过重启驱动器使闭环伺服系统强制重新启动，提高系统自恢复能力。

结合上述本发明实施例一公开的步进电机瞬时堵转自恢复方法，如图2示出的步骤S105中，依据角度值、设定时长、预设步进电机加速度值和上位机发送的当前目标角度值，判定步进电机是否处于换向扫描状态的具体在执行过程，如图4所示，包括如下步骤：

S301，判断上位机发送的当前目标角度值与当前角度值的差值的绝对值是否大于实际换向扫描角度差值；

|α1-θ2|＞Δ2

其中，α1为上位机发送的当前目标角度值，θ2为当前角度值，Δ2为实际换向扫描角度差值；

其中，a为预设步进电机加速度值，t为设定时长。

S302，当当前目标角度值与当前角度值的差值的绝对值大于实际换向扫描角度差值时，判定步进电机不处于换向扫描状态；

S303，当当前目标角度值与当前角度值的差值的绝对值小于等于实际换向扫描角度差值时，判定步进电机处于换向扫描状态。

本发明实施例公开的一种步进电机瞬时堵转自恢复方法，当驱动器处于使能状态时，根据负载传感器反馈的角度值、设定时长以及设定时长之后负载传感器反馈的当前角度值和上位机发送的当前步进电机转速值，在理论扫描模式下对步进电机是否存在瞬时堵转进行预判；当预判步进电机存在瞬时堵转时，通过比较当前目标角度值与当前角度值的差值的绝对值和实际换向扫描角度差值，进一步判定步进电机是否处于换向扫描状态，这就避免了换向扫描导致的误判，最后通过重启驱动器使闭环伺服系统强制重新启动，提高系统自恢复能力。

实施例三

基于上述本发明实施例一和实施例二公开的步进电机瞬时堵转自恢复方法，本发明实施例三则对应公开了执行上述步进电机瞬时堵转自恢复方法的步进电机瞬时堵转自恢复装置，其结构示意图如图5所示，步进电机瞬时堵转自恢复装置400包括：状态判断模块401、角度值读取模块402、当前角度值采集模块403、瞬时堵转预判模块404、换向判定模块405和重启控制模块406；

状态判断模块401，用于判断步进电机的驱动器是否处于使能状态；

角度值读取模块402，用于当驱动器处于使能状态时，实时读取负载传感器反馈的角度值；

当前角度值采集模块403，用于经过设定时长之后，采集负载传感器反馈的当前角度值；

瞬时堵转预判模块404，用于根据角度值、设定时长、当前角度值和上位机发送的当前步进电机转速值，对步进电机是否存在瞬时堵转进行预判；

换向判定模块405，用于当预判步进电机存在瞬时堵转时，依据当前角度值、设定时长、预设步进电机加速度值和上位机发送的当前目标角度值，判定步进电机是否处于换向扫描状态；

重启控制模块406，用于当判定步进电机不处于换向扫描状态时，确定步进电机存在瞬时堵转并控制驱动器进行重启。

需要说明的是，步进电机瞬时堵转自恢复装置400还可包括提示信息生成模块；提示信息生成模块，用于当确定步进电机出现瞬时堵转时，生成提示信息。

还需要说明的是，瞬时堵转预判模块具体用于：

判断当前角度值和角度值的差值的绝对值是否小于实际角度差值；若当前角度值和角度值的差值的绝对值小于实际角度差值，则预判步进电机存在瞬时堵转；若当前角度值和角度值的差值的绝对值大于等于实际角度差值，则预判步进电机不存在瞬时堵转。

还需要说明的是，换向判定模块具体用于：

判断上位机发送的当前目标角度值与当前角度值的差值的绝对值是否大于实际换向扫描角度差值；当当前目标角度值与当前角度值的差值的绝对值大于实际换向扫描角度差值时，判定步进电机不处于换向扫描状态；当当前目标角度值与当前角度值的差值的绝对值小于等于实际换向扫描角度差值时，判定步进电机处于换向扫描状态。

本发明实施例公开的一种步进电机瞬时堵转自恢复装置，当驱动器处于使能状态时，根据负载传感器反馈的角度值、设定时长以及设定时长之后负载传感器反馈的当前角度值和上位机发送的当前步进电机转速值，在理论扫描模式下对步进电机是否存在瞬时堵转进行预判；当预判步进电机存在瞬时堵转时，结合预设步进电机加速度值和上位机发送的当前目标角度值，进一步判定步进电机是否处于换向扫描状态，这就避免了换向扫描导致的误判，最后通过重启驱动器使闭环伺服系统强制重新启动，提高系统自恢复能力。

以上对本发明所提供的一种步进电机瞬时堵转自恢复方法及装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素，或者是还包括为这些过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。