一种提高闭环步进电机效率的方法及装置与流程

本发明涉及步进电机
技术领域：
，特别涉及一种提高闭环步进电机效率的方法及装置。
背景技术：
：恒流斩波驱动是目前开环步进电机和闭环步进电机的主流控制方法，该控制方法响应快、刚性强，但是有一个缺点效率低，在电机停止或者空载转动的情况下，效率往往只有10％-20％，其他的功率表现在电流发热上。在电机停止的情况，工程师们想当了自动半流的办法，但是对于电机低负载的情况，能效很低。技术实现要素：本发明的目的是提供一种提高闭环步进电机效率的方法及装置，以解决现有的闭环步进电机效率低的问题。本发明提供了一种提高闭环步进电机效率的方法，用于闭环步进驱动器，所述方法包括：将步进电机通过电机编码器编码，以得到电机的位置；通过电机编码器得到步进电机的第一位置计数，根据步进电机的输入脉冲得到第二位置计数，并根据第一位置计数和第二位置计数两者之间的差值及变化关系计算出电气角θ；测出步进电机在空载启动的情况下的电流，以得到最小电流amin；测出步进电机在额定力矩下的电机电流幅值，将电机电流幅值乘以1.2，以得到最大电流；根据公式am＝as+(θ-90°)*δa，计算出目标电流幅值，其中am为目标电流幅值，as为上次设置的电流幅值，δa为设置目标电流增量。进一步地，闭环步进驱动器初始启动时或者停机时，as＝amin。进一步地，当计算得出的am>amax，则am＝amax，当如果计算得出的am<amin，则am＝amax。进一步地，所述测出步进电机在空载启动的情况下的电流的方法包括：将所述步进电机在空载情况下与电流表串联，以得到最小电流amin。进一步地，所述测出步进电机在额定力矩下的电机电流幅值的方法包括：将被测步进电机由变频器进行速度控制，由另一台变频器进行转矩控制进行陪测。进一步地，闭环步进驱动器以25khz的速度计算目标电流幅值。进一步地，所述计算电气角θ的步骤包括：根据公式t＝i*kt*sinθ计算出电气角θ，其中t为步进电机的有效力矩，i为步进电机的电流，kt为步进电机的力矩系数，θ为电气角。进一步地，所述根据第一位置计数和第二位置计数两者之间的差值及变化关系计算出电气角θ的方法包括：通过电机编码器得到步进电机的第一位置计数nm；根据步进电机的输入脉冲得到第二位置计数n；对每次获得的第一位置计数和第二位置计数这两个计数值取差值得出ne；对每次的ne求和得到ns；对这次和上次的ne求差得到nd；根据公式θ＝ne*p+ns*i+nd*d；其中p为比例系数，i为积分系数，d为微分系数。进一步地，所述电气角发取值范围为：0≤θ<180。本发明还提供了一种提高闭环步进电机效率的装置，包括闭环步进驱动器和电机编码器；闭环步进驱动器，用于驱动步进电机转动，测出步进电机在空载启动的情况下的电流，还用于测出步进电机在额定力矩下的电机电流幅值，控制所述电机编码器运行和计数，并控制步进电机转动，同时用于根据公式am＝as+(θ-90°)*δa，计算出目标电流幅值；电机编码器，用于给步进电机编码，还用于步进电机的第一位置计数。上述提高闭环步进电机效率的方法及装置，通过计算出目标电流幅值，使得步进电机能够根据负载的不同自动改变电流幅值的大小，根据发热功率个公式w＝i^2*r，可知电流越小，发热功率越小，这样会减小电机的铜损，提高了步进电机的效率。附图说明图1为本发明第一实施例中的提高闭环步进电机效率的方法的流程图；图2为现有的恒流斩波驱动步进电机在空载情况下的电流波形图；图3为本发明恒流斩波驱动步进电机在空载情况下的电流波形图；图4为本发明恒流斩波驱动步进电机在从空载变为满载的情况下的电流波形图；图5为本发明恒流斩波驱动步进电机在从满载变为空载的情况下的电流波形图；图6为本发明第二实施例中的提高闭环步进电机效率的装置的模块结构示意图。主要元件符号说明：闭环步进驱动器10电机编码器20步进电机30如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。具体实施方式为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干个实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的
技术领域：
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。恒流斩波驱动的原理是电机的驱动电流的幅值为电机的额定电流，无论外部的负载是多大，电机绕组的电流幅值都是恒定的，电气角通过根据负载的情况自动调节，该方法简单直接，是目前业界的主流控制方法。本发明恒流斩波驱动进行改进，使得电流幅值不为恒定，但可以和该控制方法一样的效果，并且效率更高，更节能。为了实现上述效果，本发明提供的技术方案如下：请参阅图1，本发明第一实施例提供的一种提高闭环步进电机效率的方法，用于闭环步进驱动器，所述方法包括步骤s01至步骤s05。步骤s01，将步进电机通过电机编码器编码，以得到电机的位置；具体的，闭环步进驱动器是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当闭环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(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。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，从而达到调速和定位的目的。步骤s02，通过电机编码器得到步进电机的第一位置计数，根据步进电机的输入脉冲得到第二位置计数，并根据第一位置计数和第二位置计数两者之间的差值及变化关系计算出电气角θ；具体的，所述根据第一位置计数和第二位置计数两者之间的差值及变化关系计算出电气角θ的方法包括：通过电机编码器得到步进电机的第一位置计数nm；根据步进电机的输入脉冲得到第二位置计数n；对每次获得的第一位置计数和第二位置计数这两个计数值取差值得出ne；对每次的ne求和得到ns；对这次和上次的ne求差得到nd；根据公式θ＝ne*p+ns*i+nd*d；其中p为比例系数，i为积分系数，d为微分系数，都为可设置的常数。步骤s03，测出步进电机在空载启动的情况下的电流，以得到最小电流amin；可以理解的，当步进电机在空载的情况下，步进电机转动时的阻力最小，其损耗的电流也就最小。步骤s04，测出步进电机在额定力矩下的电机电流幅值，将电机电流幅值乘以1.2，以得到最大电流。步骤s05，根据公式am＝as+(θ-90°)*δa，计算出目标电流幅值，其中am为目标电流幅值，as为上次设置的电流幅值，δa为设置目标电流增量。上述提高闭环步进电机效率的方法，通过计算出目标电流幅值，使得步进电机能够根据负载的不同自动改变电流幅值的大小，根据发热功率个公式w＝i^2*r，可知电流越小，发热功率越小，这样会减小电机的铜损，提高了步进电机的效率。请参阅图2至图5，具体的，在本实施例中，闭环步进驱动器的dsp(digitalsignalprocessing数字信号处理)以25khz的速度计算目标电流幅值，当用电流钳去测试电流的波形，发现在启动或者负载的变化的情况下，电流幅度响应非常快。当负载稳定市，电流幅值基本上没变换。在相同测试条件下，采用该控制办法的电机的温度会低5-10℃。具体的，在本实施例中，闭环步进驱动器初始启动时或者停机时，as＝amin。当计算得出的am>amax，则am＝amax，当如果计算得出的am<amin，则am＝amax。具体的，在本实施例中，所述测出步进电机在空载启动的情况下的电流的方法包括：将所述步进电机在空载情况下与电流表串联，以得到最小电流amin。具体的，在本实施例中，，所述测出步进电机在额定力矩下的电机电流幅值的方法包括：将被测步进电机由变频器进行速度控制，由另一台变频器进行转矩控制进行陪测。具体的，在本发明的其他实施例中，还可以根据根据公式t＝i*kt*sinθ计算出电气角θ，其中t为步进电机的有效力矩，i为步进电机的电流，kt为步进电机的力矩系数，θ为电气角。需要说明的是，当步进电机正转时，所述电气角发取值范围为：0≤θ<180。请参阅图6，本发明第二实施例提供的一种提高闭环步进电机效率的装置，包括闭环步进驱动器10和电机编码器20；闭环步进驱动器10，用于驱动步进电机30转动，测出步进电机30在空载启动的情况下的电流，还用于测出步进电机30在额定力矩下的电机电流幅值，控制所述电机编码器20运行和计数，并控制步进电机30转动，同时用于根据公式am＝as+(θ-90°)*δa，计算出目标电流幅值；电机编码器，用于给步进电机30编码，还用于步进电机30的第一位置计数。上述提高闭环步进电机效率的方法及装置，通过计算出目标电流幅值，使得步进电机30能够根据负载的不同自动改变电流幅值的大小，根据发热功率个公式w＝i^2*r，可知电流越小，发热功率越小，这样会减小电机的铜损，提高了步进电机的效率。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。当前第1页1 2 3