一种补偿步进电机位置误差的方法
【技术领域】
[0002] 本发明涉及一种自动化设备，尤其涉及一种步进式电机。
【背景技术】
[0003] 目前，步进电机被广泛应用于打印机、复印机这样的自动化设备中。步进电机在脉 冲的驱动下转动，因而可以在没有反馈信号的情况下进行位置控制。一般而言，步进电机的 控制精度决定于它的最小步距角。同时，步进电机工作在特定的频率时会发生共振。自20 世纪70年代中叶以来，微步细分驱动技术被引入来改善步进电机的共振问题。微步细分操 作是给定子励磁绕组输入正弦交流电流，藉此可以改善位置控制的性能同时减弱速度提升 时共振的影响。应用微控制器，一台步进电机可以进行特定而细致的操作。同时，使用反馈 控制以及SVPWM控制可以提升步进电机运行的精度。
[0004] 尽管如此，当外加负载波动和环境状况变化时，步进电机还是可能会产生位置误 差。这会对要求精确位置控制的装置造成严重的损害。因此，像编码器这样的位置传感器 被用来改善步进电机的运行性能。但是，用于高精度控制的编码器的价格过于昂贵，同时又 需要额外的空间来安装编码器。更重要的是，尽管编码器可以提供位置数据，但是我们无法 从这些数据中确认引起位置误差的原因是由于步进电机失步还是其他的一些因素造成的。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种可以确定失步电机的位置误差原因的补偿步进电机 位置误差的方法。
[0006] 一种补偿步进电机位置误差的方法，其包括：对步进电机的绕组电流进行采样并 输出待检测电流；对待检测电流进行分析获得待检测电流的微分；在待检测电流的微分由 负值变为正值时，待检测电流对应的电压值大于参考电压的值；或者，在待检测电流的微分 由正值变为负值时，待检测电流对应的电压值小于参考电压的值，则确定发生了一次由失 步引起的位置误差；确定发生了由失步引起的位置误差后，通过分析待检测电流的微分确 定失步数；根据失步数确定位置误差的补偿量；根据补偿量对步进电机的位置误差进行补 偿。
[0007] 本发明的【具体实施方式】采用绕组的电流进行采样分析分析，确定步进电机的位置 误差是由于失步引起的，并由此确定位置误差的补偿量，从而对步进电机的位置命令脉冲 进行校正。由此，本发明的【具体实施方式】避免了使用昂贵的编码器，也解决了采用编码器需 占用电机空间的问题，同时，还能确定位置误差是否是由于失步引起的，从而便于对步进电 机的位置命令脉冲进行校正。
[0008]
【附图说明】
[0009] 图1是本发明一种补偿步进电机位置误差的方法的【具体实施方式】一； 图2是【具体实施方式】一所采用的差分放大电路； 图3是【具体实施方式】一在无负载情况下的失步检测数据； 图4是【具体实施方式】一中，A相电流大于差分放大电路的参考值时的失步检测数据； 图5是【具体实施方式】一中，A相电流小于差分放大电路的参考值时的失步检测数据； 图6是本发明一种补偿步进电机位置误差的方法的【具体实施方式】二； 图7是本发明的【具体实施方式】一或二中，以相机中的步进电机为例进行的失步行为测 试的数据； 图8是图7中的步进电机在检测到失步并被停止后的检测数据； 图9是本发明【具体实施方式】一或二中，B相电流在90圈每分的转速下的电流检测数 据； 图10是本发明【具体实施方式】一或二中，A相电流在90圈每分的转速下的电流检测数 据； 图11可实施本发明【具体实施方式】一或二的电机的转动特性。
[0010]
【具体实施方式】
[0011] 下面结合附图和实施例对发明进行详细的说明。
[0012] 请参见图1，本发明一种补偿步进电机位置误差的方法的【具体实施方式】一，其包 括： S101:对步进电机的绕组电流进行采样并输出待检测电流； 具体而言，如图2所示，可利用差分放大器获取绕组两端的电压信号后与直流参考电 压Vref叠加后，输出待检测电流，在本【具体实施方式】一中，差分放大器获取的是A相绕组两 端的电压Va和Vb，因此，输出的待检测电流是A相电流 输入电流流入差分放大器输入端所输入的电流值4皮计算方法如公式（11)和（12)所 示：
【主权项】
1. 一种补偿步进电机位置误差的方法，其特征在于，所述补偿步进电机位置误差的方 法包括： 对步进电机的绕组电流进行采样并输出待检测电流； 对待检测电流进行分析获得待检测电流的微分； 在所述待检测电流的微分由负值变为正值时，所述待检测电流对应的电压值大于参考 电压的值；或者，在所述待检测电流的微分由正值变为负值时，所述待检测电流对应的电压 值小于参考电压的值，则确定发生了一次由失步引起的位置误差； 确定发生了由失步引起的位置误差后，通过分析所述待检测电流的微分确定失步数； 根据所述失步数确定位置误差的补偿量； 根据所述补偿量对所述步进电机的位置误差进行补偿。
2. 如权利要求1所述的补偿步进电机位置误差的方法，其中，所述对步进电机的绕组 电流进行采样并输出待检测电流的步骤，具体包括： 利用差分放大器获取所述绕组两端的电压信号，并与所述参考电压叠加后输出所述待 检测电流。
3. 如权利要求1所述的补偿步进电机位置误差的方法，其中，所述通过分析所述待检 测电流的微分确定失步数的步骤，具体为： 当所述待检测电流对应的电压值大于所述参考电压值时，将^最大值所对应的j值被确 认为所述失步数，所述ts为所述电流微分每次从最大值到最小值所经过的时间，所述j值为所 述4的序数。
4. 如权利要求3所述的补偿步进电机位置误差的方法，其中，所述将％最大值所对应的 €值被确认为所述失步数的步骤，具体包括： 确定所述电流微分从正值变成负值的过程中的最大值所对应的时间点/巧； 确定所述电流微分从负值变为正值的过程中的最小值所对应的时间点被称为 收集所述时间点直至所述电流微分的峰值消失； 采用下述公式来计算所述时间b
确定所述时间^中最大的数值所对应的数值f为所述失步数。
5. 如权利要求1所述的补偿步进电机位置误差的方法，其中，所述通过分析所述待检 测电流的微分确定失步数的步骤，具体为： 当所述待检测电流对应的电压值小于所述参考电压值时，将ti最大值所对应的i值被确 认为所述失步数，所述ts为所述电流微分每次从最小值到最大值所经过的时间，所述2值为所 述4的序数。
6. 如权利要求5所述的补偿步进电机位置误差的方法，其中，所述将^最大值所对应的 ^值被确认为所述失步数的步骤，具体包括： 确定所述电流微分从负值变成正值的过程中的最大值所对应的时间点/巧； 确定所述电流微分从正值变为负值的过程中的最小值所对应的时间点被称为 收集所述时间点直至所述电流微分的峰值消失； 采用下述公式来计算所述时间b
确定所述时间6中最大的数值所对应的数值€为所述失步数。
7. 如权利要求3至6中任意一项所述的补偿步进电机位置误差的方法，其中，所述根据 所述失步数确定位置误差的补偿量的步骤，具体包括： 根据一个正弦波周期内的微步数以及所述失步数确定所述位置误差的补偿量。
8. 如权利要求7所述的补偿步进电机位置误差的方法，其中，所述根据一个正弦波周 期内的微步数以及所述失步数确定所述位置误差的补偿量的步骤，具体为： 根据以下公式确定所述位置误差的补偿量尾：
其中，为一个正弦波周期内的所述微步数，；为所述失步数。
9. 如权利要求3至6中任意一项所述的补偿步进电机位置误差的方法，其中，所述根据 所述补偿量对所述步进电机的位置误差进行补偿步骤，具体包括： 根据以下公式确定所述步进电机补偿后的位置命令脉冲:
其中，为所述步进电机现在的位置命令脉冲，4所述位置误差的补偿量，乂为一个 正弦波周期内的微步数，i为所述失步数。
10. 如权利要求3至6中任意一项所述的补偿步进电机位置误差的方法，其中，所述通 过分析所述待检测电流的微分确定失步数的步骤，与所述根据所述失步数确定位置误差的 补偿量的步骤之间，还包括： 对根据两个所述绕组分别获得的第一失步数和第二失步数进行比较，以较大的值作为 所述失步数，即，所述补偿量的计算依据。
【专利摘要】一种补偿步进电机位置误差的方法，其包括：对步进电机的绕组电流进行采样并输出待检测电流；对待检测电流进行分析获得待检测电流的微分；根据该电流的电流微分，以及差分放大器的输出值确定发生了一次由失步引起的位置误差后，通过分析电流微分确定失步数，并由失步数确定位置误差的补偿量，进而对步进电机的位置误差进行补偿。由于采用的是对定子励磁绕组的电流进行检测与分析来计算补偿量，因此避免了使用昂贵的编码器以及编码器占用空间的问题，也解决了不能确定位置误差是否是由于失步引起的问题。
【IPC分类】H02P8-38
【公开号】CN104579056
【申请号】CN201410795970
【发明人】陈智斌
【申请人】永州市亿达自动化机械有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月19日