本发明涉及航空发动机控制技术领域，尤其涉及一种步进电机行程检测方法及一种步进电机行程检测装置。
背景技术
航空发动机的燃油控制输出必须能做到确认关闭、全行程、高实时和双向。而大部分航空发动机的燃油输出执行机构为步进电机。作为航空发动机的关键机构，其控制输出的有效性至关重要。为了有效避免在空中发生燃油输出无法彻底切油、全行程执行或双向执行失败的意外，需要在发动机正式起动前，对步进电机进行行程检测。
技术实现要素：
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种步进电机行程检测方法及一种步进电机行程检测装置，以解决现有技术中的问题。
作为本发明的第一个方面，提供一种步进电机行程检测方法，其中，所述步进电机行程检测方法包括：
获取油针位置数据；
判断所述油针位置数据是否有效；
若所述油针位置数据有效，则根据所述油针位置数据与步进电机位置的函数关系计算得到步进电机的初始位置，以及根据所述油针位置数据与燃油流量的函数关系计算得到燃油流量初始值；
根据所述步进电机的初始位置对所述步进电机进行回零输出检测，并得到步进电机的当前位置为步进电机零位；
根据所述步进电机零位对所述步进电机进行最大行程输出检测以及进行第一次步进电机卡死故障检测，并得到步进电机的当前位置为步进电机的最大行程位置以及第一故障检测结果；
根据所述步进电机最大行程位置对所述步进电机进行反向回零输出检测以及进行第二次步进电机卡死故障检测，并得到步进电机的当前位置为步进电机零位以及第二故障检测结果；
根据所述燃油流量初始值以及燃油流量与步进电机位置的函数计算得到步进电机的目标位置，且所述步进电机的目标位置为所述步进电机的初始位置；
计算所述步进电机的目标位置与所述步进电机的当前位置的差值；
将所述差值作为所述步进电机的步长进行输出，直至所述步进电机到达所述步进电机的目标位置，同时进行第三次步进电机卡死故障检测，并得到第三故障检测结果；
判断所述第一故障检测结果、第二故障检测结果和第三故障检测结果是否存在步进电机卡死故障的检测结果；
若所述第一故障检测结果、第二故障检测结果和第三故障检测结果中存在步进电机卡死故障的检测结果，则输出步进电机行程检测不通过。
优选地，所述步进电机行程检测方法还包括：
若所述油针位置数据无效，则将步进电机最大行程作为所述步进电机的初始位置，并得到油针位置故障检测结果；
从所述步进电机的初始位置开始以最小步长反向移动（步进电机的初始位置/最小步长）的步数后，设置所述步进电机的当前位置为零位，以及设置燃油流量初始值为零；
根据所述油针位置故障检测结果判定步进电机行程检测不通过。
优选地，所述判断所述油针位置数据是否有效包括：
判断所述油针位置数据是否在第一阈值范围内，以及判断所述油针位置的变化速度是否在第二阈值范围内，
若所述油针位置数据在第一阈值范围内，且所述油针位置的变化速度在第二阈值范围内，则判定所述油针位置数据有效，否则，判定所述油针位置数据无效。
优选地，所述油针位置数据通过角度反映所述燃油流量的大小。
优选地，所述根据所述步进电机的初始位置对所述步进电机进行回零输出检测，并得到步进电机的当前位置为步进电机零位包括：
控制所述步进电机从所述步进电机的初始位置开始以最小步长向所述步进电机的小行程方向移动（步进电机的初始位置+k）/最小步长的步数，其中，k表示冗余量；
得到步进电机的当前位置为步进电机零位。
优选地，所述根据所述步进电机零位对所述步进电机进行最大行程输出检测，并得到步进电机的当前位置为步进电机的最大行程位置包括：
控制所述步进电机从所述步进电机零位以步进电机每周期最大步长向所述步进电机的最大行程位置移动；
得到所述步进电机的当前位置为步进电机最大行程位置。
优选地，所述根据所述步进电机最大行程位置对所述步进电机进行反向回零输出检测，并得到步进电机的当前位置为步进电机零位包括：
控制所述步进电机从所述步进电机的最大行程位置以步进电机每周期最大步长向所述步进电机的最小行程位置移动；
得到所述步进电机的当前位置为步进电机零位。
优选地，所述步进电机行程检测方法包括：若所述差值大于步进电机每周期最大步长，则控制所述步进电机以每周期最大步长数值，直至所述步进电机到达所述步进电机的目标位置。
优选地，所述步进电机每周期输出一个步长，所述步进电机的当前位置累加一个步长作为步进电机的新的当前位置，并以该步进电机的新的当前位置为输入，根据所述油针位置数据与所述步进电机位置的函数关系计算得到油针位置的理论值，进行第一次步进电机卡死故障检测、进行第二次步进电机卡死故障检测和进行第三次步进电机卡死故障检测均包括：
以所述步进电机的当前位置为输入，根据油针位置与步进电机位置的函数关系的反函数计算油针位置的理论值；
实时获取油针位置的当前值；
若|油针位置的理论值-油针位置的当前值|＞判故阈值，且持续时间大于时间长度阈值，则所述第一故障检测结果/第二故障检测结果/第三故障检测结果为步进电机卡死故障。
作为本发明的第二个方面，提供一种步进电机行程检测装置，其中，所述步进电机行程检测装置包括：
获取模块，所述获取模块用于获取油针位置数据；
第一判断模块，所述第一判断模块用于判断所述油针位置数据是否有效；
第一计算模块，所述计算模块用于若所述油针位置数据有效，则根据所述油针位置数据与步进电机位置的函数关系计算得到步进电机的初始位置，以及根据所述油针位置数据与燃油流量的函数关系计算得到燃油流量初始值；
回零输出检测模块，所述回零输出检测模块用于根据所述步进电机的初始位置对所述步进电机进行回零输出检测，并得到步进电机的当前位置为步进电机零位；
最大行程输出检测模块，所述最大行程输出检测模块用于根据所述步进电机零位对所述步进电机进行最大行程输出检测以及进行第一次步进电机卡死故障检测，并得到步进电机的当前位置为步进电机的最大行程位置以及第一故障检测结果；
反向回零输出检测模块，所述反向回零输出检测模块用于根据所述步进电机最大行程位置对所述步进电机进行反向回零输出检测以及进行第二次步进电机卡死故障检测，并得到步进电机的当前位置为步进电机零位以及第二故障检测结果；
第二计算模块，所述第二计算模块用于根据所述燃油流量初始值以及燃油流量与步进电机位置的函数计算得到步进电机的目标位置，且所述步进电机的目标位置为所述步进电机的初始位置；
第三计算模块，所述第三计算模块用于计算所述步进电机的目标位置与所述步进电机的当前位置的差值；
输出与故障检测模块，所述输出与故障检测模块用于将所述差值作为所述步进电机的步长进行输出，直至所述步进电机到达所述步进电机的目标位置，同时进行第三次步进电机卡死故障检测，并得到第三故障检测结果；
第二判断模块，所述第二判断模块用于判断所述第一故障检测结果、第二故障检测结果和第三故障检测结果是否存在步进电机卡死故障的检测结果；
检测结果输出模块，所述检测结果输出模块用于若所述第一故障检测结果、第二故障检测结果和第三故障检测结果中存在步进电机卡死故障的检测结果，则输出步进电机行程检测不通过。
本发明提供的步进电机行程检测方法，能够根据步进电机控制原理，对步进电机进行全行程双向输出，无需另外添加硬件电子设备，快速检查步进电机控制的有效性，发现电机控制的可能行程问题，有效避免在空中发生燃油输出无法彻底切油、全行程执行或双向执行失败的意外，提高了发动机的安全性。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明提供的步进电机行程检测方法的流程图。
图2为本发明提供的步进电机行程检测装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
作为本发明的第一个方面，提供一种步进电机行程检测方法，其中，如图1所示，所述步进电机行程检测方法包括：
s110、获取油针位置数据；
s120、判断所述油针位置数据是否有效；
s130、若所述油针位置数据有效，则根据所述油针位置数据与步进电机位置的函数关系计算得到步进电机的初始位置，以及根据所述油针位置数据与燃油流量的函数关系计算得到燃油流量初始值；
s140、根据所述步进电机的初始位置对所述步进电机进行回零输出检测，并得到步进电机的当前位置为步进电机零位；
s150、根据所述步进电机零位对所述步进电机进行最大行程输出检测以及进行第一次步进电机卡死故障检测，并得到步进电机的当前位置为步进电机的最大行程位置以及第一故障检测结果；
s160、根据所述步进电机最大行程位置对所述步进电机进行反向回零输出检测以及进行第二次步进电机卡死故障检测，并得到步进电机的当前位置为步进电机零位以及第二故障检测结果；
s170、根据所述燃油流量初始值以及燃油流量与步进电机位置的函数计算得到步进电机的目标位置，且所述步进电机的目标位置为所述步进电机的初始位置；
s180、计算所述步进电机的目标位置与所述步进电机的当前位置的差值；
s190、将所述差值作为所述步进电机的步长进行输出，直至所述步进电机到达所述步进电机的目标位置，同时进行第三次步进电机卡死故障检测，并得到第三故障检测结果；
s200、判断所述第一故障检测结果、第二故障检测结果和第三故障检测结果是否存在步进电机卡死故障的检测结果；
s210、若所述第一故障检测结果、第二故障检测结果和第三故障检测结果中存在步进电机卡死故障的检测结果，则输出步进电机行程检测不通过。
本发明提供的步进电机行程检测方法，能够根据步进电机控制原理，对步进电机进行全行程双向输出，无需另外添加硬件电子设备，快速检查步进电机控制的有效性，发现电机控制的可能行程问题，有效避免在空中发生燃油输出无法彻底切油、全行程执行或双向执行失败的意外，提高了发动机的安全性。
可以理解是，所述差值不大于步进电机每周期最大步长。
需要说明的是，控制所述步进电机从所述步进电机的零位以步进电机的目标位置与零位的差值为步长向所述步进电机的目标位置移动，得到所述步进电机的当前位置为所述步进电机的目标位置。
进一步地，所述步进电机行程检测方法还包括：
若所述油针位置数据无效，则将步进电机最大行程作为所述步进电机的初始位置，并得到油针位置故障检测结果；
从所述步进电机的初始位置开始以最小步长反向移动（步进电机的初始位置/最小步长）的步数后，设置所述步进电机的当前位置为零位，以及设置燃油流量初始值为零；
根据所述油针位置故障检测结果判定步进电机行程检测不通过。
具体地，所述判断所述油针位置数据是否有效包括：
判断所述油针位置数据是否在第一阈值范围内，以及判断所述油针位置的变化速度是否在第二阈值范围内，
若所述油针位置数据在第一阈值范围内，且所述油针位置的变化速度在第二阈值范围内，则判定所述油针位置数据有效，否则，判定所述油针位置数据无效。
优选地，所述油针位置数据通过角度反映所述燃油流量的大小。
具体地，所述根据所述步进电机的初始位置对所述步进电机进行回零输出检测，并得到步进电机的当前位置为步进电机零位包括：
控制所述步进电机从所述步进电机的初始位置开始以最小步长向所述步进电机的小行程方向移动（步进电机的初始位置+k）/最小步长的步数，其中，k表示冗余量；
得到步进电机的当前位置为步进电机零位。
作为一种具体地实施方式，所述根据所述步进电机零位对所述步进电机进行最大行程输出检测，并得到步进电机的当前位置为步进电机的最大行程位置包括：
控制所述步进电机从所述步进电机零位以步进电机每周期最大步长向所述步进电机的最大行程位置移动；
得到所述步进电机的当前位置为步进电机最大行程位置。
作为另一种具体地实施方式，所述根据所述步进电机最大行程位置对所述步进电机进行反向回零输出检测，并得到步进电机的当前位置为步进电机零位包括：
控制所述步进电机从所述步进电机的最大行程位置以步进电机每周期最大步长向所述步进电机的最小行程位置移动；
得到所述步进电机的当前位置为步进电机零位。
为了判断步进电机是否存在卡死故障，具体地，所述步进电机每周期输出一个步长，所述步进电机的当前位置累加一个步长作为步进电机的新的当前位置，并以该步进电机的新的当前位置为输入，根据所述油针位置数据与所述步进电机位置的函数关系计算得到油针位置的理论值，进行第一次步进电机卡死故障检测、进行第二次步进电机卡死故障检测和进行第三次步进电机卡死故障检测均包括：
以所述步进电机的当前位置为输入，根据油针位置与步进电机位置的函数关系的反函数计算油针位置的理论值；
实时获取油针位置的当前值；
若|油针位置的理论值-油针位置的当前值|＞判故阈值，且持续时间大于时间长度阈值，则所述第一故障检测结果/第二故障检测结果/第三故障检测结果为步进电机卡死故障。
作为再一种具体地实施方式，所述步进电机行程检测方法包括：若所述差值大于步进电机每周期最大步长，则控制所述步进电机以每周期最大步长数值，直至所述步进电机到达所述步进电机的目标位置。
下面对本发明提供的步进电机行程检测方法做进一步详细说明。
第一步，上电之初，获取油针位置数据xmv。
第二步，若油针位置xmv数据有效，则由油针位置数据与步进电机位置的固定函数关系f(x)得到步进电机初始位置smpos_init，由油针位置数据与燃油流量的固定函数关系g(x)得到燃油流量初始值wf_init，之后执行第三步；若xmv数据无效，则强制对步进电机初始位置smpos_init赋值最大步进电机行程sm_max，并跳转至第七步。
需要说明的是，油针位置数据xmv若有效必须同时满足以下两个条件：
（1）范围检测通过，即传感器获取到的油针位置数据xmv必须在有效范围[xmv_lo，xmv_hi]内；
（2）斜率检测通过，即xmv相邻两个采集周期的差必须在有效范围[deltaxmv_lo，deltaxmv_hi]内。
否则，xmv数据无效。
第三步，回零输出检测，从步进电机初始位置smpos_init开始以最小步长steplen_min向步进电机的小行程方向移动(smpos_init+k)/steplen_min步，执行完后，设置步进电机当前位置smpos为0，其中k主要是为了确保步进电机能够走到硬件限制位最小位置而设置的冗余量，本过程不进行步进电机卡死故障检测。
第四步，最大行程输出检测，步进电机从当前零位以步进电机每周期最大步长steplen_max向步进电机的最大行程位置输出，同时进行步进电机卡死故障检测。
其中，步进电机卡死故障的检测方法为：
（1）以步进电机当前位置smpos_cur为输入，依据油针位置数据与步进电机位置的固定函数关系f(x)的反函数f-1(x)计算出理论油针位置xmv_ref。
（2）实时获取当前油针位置xmv_cur。
（3）若|xmv_ref-xmv_cur|>判故阈值xmv_cri且持续特定时间长度阈值time_cri，则判卡死故障，否则不判卡死故障。
第五步，反向回零输出检测，步进电机从当前最大位置以步进电机每周期最大步长steplen_max向步进电机的小行程方法移动，同时进行步进电机卡死故障检测。
第六步，恢复初始位置输出，用燃油流量初始值wf_init依据燃油流量与步进电机位置的固定函数关系h(x)计算得到步进电机的目标位置smpos_req，之后步进电机以smpos_req与步进电机当前位置之差作为步长进行输出，其中输出的步长必须限制在步进电机每周期最大步长steplen_max范围内，若有超出则以最大步长输出直至步进电机到达步进电机的目标位置smpos_req，同时进行步进电机卡死故障检测。跳转至第八步。
第七步，从步进电机初始位置smpos_init开始以最小步长steplen_min反向移动smpos_init/steplen步，执行结束后，设置步进电机当前位置为零位，并设置燃油流量初始值wf_init为0，同时报油针位置xmv故障。
第八步，行程检测结束。若检测过程中有步进电机卡死故障或油针位置xmv故障，则检测不通过，否则检测通过。
作为本发明的第二个方面，提供一种步进电机行程检测装置，其中，如图2所示，所述步进电机行程检测装置10包括：
获取模块110，所述获取模块110用于获取油针位置数据；
第一判断模块120，所述第一判断模块120用于判断所述油针位置数据是否有效；
第一计算模块130，所述计算模块130用于若所述油针位置数据有效，则根据所述油针位置数据与步进电机位置的函数关系计算得到步进电机的初始位置，以及根据所述油针位置数据与燃油流量的函数关系计算得到燃油流量初始值；
回零输出检测模块140，所述回零输出检测模块140用于根据所述步进电机的初始位置对所述步进电机进行回零输出检测，并得到步进电机的当前位置为步进电机零位；
最大行程输出检测模块150，所述最大行程输出检测模块150用于根据所述步进电机零位对所述步进电机进行最大行程输出检测以及进行第一次步进电机卡死故障检测，并得到步进电机的当前位置为步进电机的最大行程位置以及第一故障检测结果；
反向回零输出检测模块160，所述反向回零输出检测模块160用于根据所述步进电机最大行程位置对所述步进电机进行反向回零输出检测以及进行第二次步进电机卡死故障检测，并得到步进电机的当前位置为步进电机零位以及第二故障检测结果；
第二计算模块170，所述第二计算模块170用于根据所述燃油流量初始值以及燃油流量与步进电机位置的函数计算得到步进电机的目标位置，且所述步进电机的目标位置为所述步进电机的初始位置；
第三计算模块180，所述第三计算模块180用于计算所述步进电机的目标位置与所述步进电机的当前位置的差值；
输出与故障检测模块190，所述输出与故障检测模块190用于将所述差值作为所述步进电机的步长进行输出，直至所述步进电机到达所述步进电机的目标位置，同时进行第三次步进电机卡死故障检测，并得到第三故障检测结果；
第二判断模块200，所述第二判断模块200用于判断所述第一故障检测结果、第二故障检测结果和第三故障检测结果是否存在步进电机卡死故障的检测结果；
检测结果输出模块210，所述检测结果输出模块210用于若所述第一故障检测结果、第二故障检测结果和第三故障检测结果中存在步进电机卡死故障的检测结果，则输出步进电机行程检测不通过。
本发明提供的步进电机行程检测装置，能够根据步进电机控制原理，对步进电机进行全行程双向输出，无需另外添加硬件电子设备，快速检查步进电机控制的有效性，发现电机控制的可能行程问题，有效避免在空中发生燃油输出无法彻底切油、全行程执行或双向执行失败的意外，提高了发动机的安全性。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。