CN102611373A - 步进电机的控制方法、装置及阻抗匹配器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种步进电机的控制方法、装置及等阻抗匹配器，其中，方法包括：根据匹配网络的输入阻抗与功率源的输出阻抗之间的阻抗差计算步进电机的运行周期的算法步进调整量；根据所述步进电机上一运行周期的实际步进调整量和所述运行周期的算法步进调整量获得所述运行周期的实际步进调整量；根据所述运行周期的实际步进调整量来调整所述步进电机的运行速度，以控制所述步进电机在所述运行周期内以调整后的运行速度恒速运转。本发明的技术方案按照阶梯增量变速算法来调整步进电机的运行速度，精确控制步进电机的运行速度，避免步进电机在启动、停止或频繁换向时因运行速度变化过快而发生丢步等问题。

Description

步进电机的控制方法、装置及阻抗匹配器

技术领域

本发明涉及控制步进电机的技术领域，具体地，涉及一种步进电机的控制方法、装置及阻抗匹配器。

背景技术

现在，电感耦合(Inductively Coupled Plasma，ICP)激发等离子体的方法广泛应用于等离子体刻蚀设备，ICP等离子体发生装置可以在较低工作气压下获得高密度的等离子体，而且结构简单、造价低，适用于金属和半导体等材料的刻蚀。

在典型的ICP等离子体发生装置中，具有恒定输出阻抗(通常为50Ω)的功率源向反应腔室提供射频功率，而对于反应腔室内的负载阻抗一般不等于50Ω，而且随着蚀刻过程的进行，反应腔室内的负载阻抗会不断变化，根据传输线理论，当功率源的恒定输出阻抗与负载阻抗不匹配时，功率源输出功率无法全部加载到负载上，会产生反射功率反射回功率源，反射功率对功率源本身会有损害，因此通常需要在功率源和负载之间加上一个匹配网络，例如L型匹配网络，通过调节阻抗网络的输入阻抗使得匹配网络的输入阻抗与功率源的输出阻抗共轭，以使射频功率完全加载到等离子体腔室。

现有技术中，匹配网络调整步进电机运转的运行速度实现其输入阻抗与功率源的恒定输出阻抗相匹配，在匹配过程中，由于步进电机从匹配开始到匹配结束始终保持高速运转，因此步进电机在启动、停止或频繁换向时常常发生丢步等问题，而且步进电机在高速运转时容易错过匹配点而发生超调的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种步进电机的控制方法、装置及阻抗匹配器，用于解决现有技术中步进电机因运行速度变化过快而发生丢步或超调的问题。

为此，本发明提供一种步进电机的控制方法，其中，包括：

根据匹配网络的输入阻抗与功率源的输出阻抗之间的阻抗差计算步进电机的运行周期的算法步进调整量；

根据所述步进电机上一运行周期的实际步进调整量和所述运行周期的算法步进调整量获得所述运行周期的实际步进调整量；

根据所述运行周期的实际步进调整量来调整所述步进电机的运行速度，以控制所述步进电机在所述运行周期内以调整后的运行速度恒速运转。

其中，在所述根据匹配网络的输入阻抗与功率源的输出阻抗之间的阻抗差计算步进电机的所述运行周期的算法步进调整量之前还包括：

根据所述匹配网络输入端的电压和电流获得所述匹配网络的输入阻抗；

根据所述功率源输出端的电压和电流获得所述功率源的输出阻抗。

其中，所述匹配网络包括两个可变电容，每一所述可变电容连接一步进电机。

其中，所述根据匹配网络的输入阻抗与功率源的输出阻抗之间的阻抗差计算步进电机的所述运行周期的算法步进调整量包括：

根据所述匹配网络的输入阻抗与所述功率源的输出阻抗的实部之间的差值和虚部之间的差值计算得到每一所述可变电容的电容调整量ΔC；

对每一所述电容调整量ΔC进行归一化处理以分别得到归一化电容调整量

通过公式

计算所述每一所述可变电容相对应的步进电机在第n+1个运行周期的算法步进调整量；其中，

为每一所述可变电容相对应的步进电机在第n+1个运行周期的归一化电容调整量，D_n+1为步进电机在第n+1个运行周期的算法步进调整量，M为步进电机的实际最大步进调整量，M＞0，n≥0。

其中，所述根据所述步进电机上一运行周期的实际步进调整量和所述运行周期的算法步进调整量获得所述运行周期的实际步进调整量包括：

在E_n＝M情况下，

如果D_n+1≥M，所述步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为E_n；

如果D_n+1＜M，所述步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为M-m；

在E_n＝-M情况下，

如果D_n+1＞-M，所述步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为-M+m；

如果D_n+1≤-M，所述步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为-M；

在|E_n|＜M的情况下，

当D_n+1＞E_n时，所述步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为E_n+m；

当D_n+1＝E_n时，所述步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为E_n；

当D_n+1＜E_n时，所述步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为E_n-m；

其中，E_n为步进电机在第n个运行周期的实际步进调整量，m为阶梯增量，0＜m＜M。

本发明又提供了一种步进电机的控制装置，其中，包括：

计算单元，用于根据匹配网络的输入阻抗与功率源的输出阻抗之间的阻抗差计算步进电机的运行周期的算法步进调整量；

第一获得单元，用于根据所述步进电机上一运行周期的实际步进调整量和所述运行周期的算法步进调整量获得所述运行周期的实际步进调整量；

调整单元，用于根据所述运行周期的实际步进调整量来调整所述步进电机的运行速度，以控制所述步进电机在所述运行周期内以调整后的运行速度恒速运转。

其中，还包括：第二获得单元，用于根据所述匹配网络输入端的电压和电流获得所述匹配网络的输入阻抗，以及根据所述功率源输出端的电压和电流获得所述功率源的输出阻抗。

其中，所述计算单元包括：

第一计算子单元，用于根据所述匹配网络的输入阻抗与功率源的输出阻抗的实部之间的差值和虚部之间的差值计算得到每一所述可变电容的电容调整量ΔC；

归一化子单元，用于对每一所述电容调整量ΔC进行归一化处理分别得到归一化电容调整量

第二计算子单元，用于通过公式

计算所述每一所述可变电容相对应的步进电机在第n+1个运行周期的算法步进调整量；其中，为每一所述可变电容相对应的步进电机在第n+1个运行周期的归一化电容调整量，D_n+1为步进电机在第n+1个运行周期的算法步进调整量，M为步进电机的实际最大步进调整量，M＞0，n≥0。

其中，所述调整单元根据阶梯增量变速算法和所述算法步进调整量获得的实际步进调整量来调整所述步进电机的运行速度包括：

在E_n＝M情况下，

如果D_n+1≥M，所述步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为E_n；

如果D_n+1＜M，所述步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为M-m；

在E_n＝-M情况下，

如果D_n+1＞-M，所述步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为-M+m；

如果D_n+1≤-M，所述步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为-M；

在|E_n|＜M的情况下，

当D_n+1＞E_n时，所述步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为E_n+m；

当D_n+1＝E_n时，所述步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为E_n；

当D_n+1＜E_n时，所述步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为E_n-m；

其中，E_n为步进电机在第n个运行周期的实际步进调整量，m为阶梯增量，0＜m＜M。

本发明还提供了一种阻抗匹配器，其中包括传感器、执行机构和上述的任意一种步进电机的控制装置；

所述传感器分别连接所述执行机构中的匹配网络和所述控制装置，且所述传感器用于采集所述匹配网络输入端的电压和电流以及功率源输出端的电压和电流；

所述控制装置分别连接所述执行机构中的步进电机，且所述控制装置用于根据所述匹配网络输入端的电压和电流和功率源输出端的电压和电流，分别获得所述匹配网络的输入阻抗和所述功率源的输出阻抗；根据所述匹配网络的输入阻抗与所述功率源的输出阻抗之间的阻抗差计算步进电机的运行周期的算法步进调整量，根据所述步进电机上一运行周期的实际步进调整量和所述运行周期的算法步进调整量获得所述运行周期的实际步进调整量，并根据所述运行周期的实际步进调整量来调整所述步进电机的运行速度，以控制所述步进电机在所述运行周期内以调整后的运行速度恒速运转。

本发明具有下述有益效果：

本发明提供的步进电机的控制方法，按照阶梯增量变速算法来调整匹配网络中步进电机的运行速度，使步进电机的运行速度相对稳定地调整，不仅实现精确控制步进电机的运行速度，有效避免匹配网络中步进电机在启动、停止或频繁换向时因运行速度变化过快而发生丢步等问题，又能通过使相邻两个运行周期的步进调整量相等或相差相对较小的阶梯增量而避免因错过匹配点而造成超调等问题。

本发明提供的步进电机的控制装置，调整单元按照阶梯增量变速算法来调整匹配网络中步进电机的运行速度，使步进电机的运行速度相对稳定地调整，不仅实现精确控制步进电机的运行速度，有效避免匹配网络中步进电机因启动、停止和频繁换向时因运行速度变化过快而发生丢步等问题，又能通过使相邻两个运行周期的步进调整量相等或相差相对较小的阶梯增量而避免因错过匹配点而造成超调等问题。

附图说明

图1为本发明提供的步进电机的控制方法实施例的流程图；

图2为本发明提供的步进电机的控制装置第一实施例的结构示意图；

图3为本发明提供的步进电机的控制装置第二实施例的结构示意图；

图4为本发明提供的阻抗匹配器实施例的结构示意图；

图5为图4所示的阻抗匹配器的工作流程图；

图6为本发明提供的步进电机的控制方法中步进电机的运行速度曲线。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的步进电机的控制方法、装置及阻抗匹配器进行详细描述。

图1为本发明提供的步进电机的控制方法实施例的流程图。如图1所示，本实施例步进电机的控制方法具体包括如下步骤：

步骤101、根据匹配网络的输入阻抗与功率源的输出阻抗之间的阻抗差计算匹配网络中步进电机运行周期的算法步进调整量。

在本实施例中，匹配网络以L型匹配网络为例来介绍技术方案，L型匹配网络包括2个可变电容，每个可变电容分别连接一个步进电机，步进电机用于控制可变电容的大小从而控制匹配网络的输入阻抗，以实现功率源和负载阻抗的匹配，在本实施例中，匹配网络的输入阻抗采用复数表示，包括实部和虚部，根据获得的匹配网络的输入阻抗与功率源的输出阻抗实部之间的差值和虚部之间的差值分别计算出两个步进电机的运行周期的算法步进调整量，然后进入步骤102，这里的运行周期一般指步进电机的当前运行周期，且功率源可为射频功率源。

步骤102、根据步进电机上一运行周期的实际步进调整量和运行周期的算法步进调整量获得运行周期的实际步进调整量。

本实施例中，在步骤101计算得到的各个步进电机的算法步进调整量之后，再根据阶梯增量变速算法获得步进电机在运行周期的实际步进调整量，其中，阶梯增量变速算法包括根据步进电机上一运行周期的实际步进调整量和当前运行周期的算法步进调整量获得当前运行周期的实际步进调整量，当前运行周期的实际步进调整量小于或等于预设的实际最大步进调整量，本实施例中的阶梯增量变速算法具体包括：

1)、在E_n＝M情况下，

如果D_n+1≥M，对所述步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为E_n；

如果D_n+1＜M，对所述步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为M-m；

2)、在E_n＝-M情况下，

如果D_n+1＞-M，对所述步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为-M+m；

如果D_n+1≤-M，对所述步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为-M；

3)、在|E_n|＜M的情况下，

当D_n+1＞E_n时，对步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为E_n+m；

当D_n+1＝E_n时，对步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为E_n；

当D_n+1＜E_n时，对步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为E_n-m；

其中，D_n+1为步进电机在第n+1个运行周期的算法步进调整量，E_n为步进电机在第n个运行周期的实际步进调整量，M为步进电机的实际最大步进调整量，M＞0，n≥0，m为阶梯增量(0＜m＜M)，阶梯增量通常设置为常数。

步骤103、根据运行周期的实际步进调整量来调整步进电机的运行速度，以控制步进电机在运行周期内以调整后的运行速度恒速运转。

根据步骤102获得的步进电机的实际步进调整量来调整步进电机的运行速度，步进电机在第n+1个运行周期内以该运行速度恒速运行，这里的第n+1个运行周期一般指步进电机的第n+1个当前运行周期。

在本实施例中，按照阶梯增量变速算法来调整匹配网络中步进电机的运行速度，使步进电机的运行速度相对稳定地调整，不仅实现精确控制步进电机的运行速度，有效避免匹配网络中步进电机在启动、停止或频繁换向时因运行速度变化过快而发生丢步等问题，又能通过使相邻两个运行周期的步进调整量相等或相差相对较小的阶梯增量而避免因错过匹配点而造成超调等问题。

图2为本发明提供的步进电机的控制装置第一实施例的结构示意图。如图2所示，本实施例步进电机的控制装置包括：计算单元202、第一获得单元203和调整单元204，其中，计算单元202用于根据匹配网络的输入阻抗与功率源的输出阻抗之间的阻抗差计算步进电机的算法步进调整量；第一获得单元203用于根据步进电机上一运行周期的实际步进调整量和运行周期的算法步进调整量获得运行周期的实际步进调整量；调整单元204用于根据运行周期的实际步进调整量来调整步进电机的运行速度，以控制步进电机在该运行周期内以调整后的运行速度恒速运转。

图3为本发明提供的步进电机的控制装置第二实施例的结构示意图。如图3所示，本实施例步进电机的控制装置还包括：第二获得单元201，第二获得单元201用于根据功率源输出端的电压和电流获得匹配网络的输入阻抗以及根据功率源输出端的电压和电流获得功率源的输出阻抗，在实际应用中，功率源的输出阻抗通常为50Ω。

进一步的，如图3所示，本实施例中的计算单元202包括第一计算子单元2021、归一化子单元2022和第二计算子单元2023，其中，第一计算子单元2021用于根据匹配网络的输入阻抗与功率源的输出阻抗的实部之间的差值和虚部之间的差值计算得到每一可变电容的电容调整量ΔC；归一化子单元2022用于对每一电容调整量ΔC进行归一化处理分别得到归一化电容调整量

第二计算子单元2023用于通过公式

计算所述每一可变电容相对应的步进电机在第n+1个运行周期的算法步进调整量；其中，

为每一所述可变电容相对应的步进电机在第n+1个运行周期的归一化电容调整量，D_n+1为步进电机在第n+1个运行周期的算法步进调整量，M为步进电机的实际最大步进调整量，M＞0，n≥0。

在本实施例中，匹配网络的输入阻抗和功率源的输出阻抗采用复数表示，并分别得到匹配网络的输入阻抗和功率源的输出阻抗的实部之间的差值E1和虚部之间的差值E2，计算单元202根据实部之间的差值E1和虚部之间的差值E2分别计算出第一可变电容的电容调整量ΔC1和第二可变电容的电容调整量ΔC2，让后将ΔC1和ΔC2进行归一化处理，分别得到归一化电容调整量

和

然后，计算单元根据公式(7)分别计算步进电机在第n+1个运行周期的算法步进调整量。第一获得单元203根据阶梯增量变速算法获得步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量：

1)、在E_n＝M情况下，

如果D_n+1≥M，第一获得单元203获得步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为M；

如果D_n+1＜M，第一获得单元203获得步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为M-m；

2)、在E_n＝-M情况下，

如果D_n+1＞-M，第一获得单元203获得步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为-M+m；

如果D_n+1≤-M，第一获得单元203获得步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为-M；

如果|D_n+1|＜|E_n|，第一获得单元203获得步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为E_n+m；

3)、在|E_n|＜M的情况下，

当D_n+1＞E_n时，第一获得单元203获得步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为E_n+m；

当D_n+1＝E_n时，第一获得单元203获得步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为E_n；

当D_n+1＜E_n时，第一获得单元203获得步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为E_n-m；

其中，E_n为步进电机在第n个运行周期的实际步进调整量，m为阶梯增量，0＜m＜M，阶梯增量通常设置为常数。

第一获得单元203获得步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量之后，调整单元204根据实际步进调整量调整步进电机的运行速度，以控制步进电机在第n+1个运行周期时间内以该运行速度恒速运行。

在本实施例中，调整单元按照阶梯增量变速算法来调整步进电机的运行速度，使步进电机的运行速度相对稳定地调整，不仅实现精确控制步进电机的运行速度，有效避免步进电机因启动、停止和频繁换向时因运行速度变化过快而发生丢步等问题，又能通过使相邻两个运行周期的步进调整量相等或相差相对较小的阶梯增量而避免因错过匹配点而造成超调等问题。

图4为本发明提供的阻抗匹配器实施例的结构示意图。如图4所示，本实施例阻抗匹配器包括传感器60、执行机构和步进电机的控制装置50，执行机构包括匹配网络和步进电机，传感器60用于采集匹配网络的输入阻抗和功率源的输入端的电压和电流以及功率源输出端的电压和电流，匹配网络为L型匹配网络，L型匹配网络包括2个可变电容，每一可变电容连接一个步进电机，在本实施例中，匹配网络包括第一步进电机401和第二步进电机402，匹配网络中的第一可变电容C1和第二可变电容C2分别与第一步进电机401和第二步进电机402连接。其中，步进电机的控制装置50可以采用图2或图3所示的任意一种结构。

图5为图4所示的阻抗匹配器的工作流程图。结合图3和图5所示，本发明提供的阻抗匹配器的工作流程具体包括如下步骤：

步骤501、传感器采集匹配网络输入端的电压和电流以及功率源输出端的电压和电流。

本实施例中，通过传感器60采集匹配网络输入端的电压和电流以及功率源输出端的电压和电流，然后进入步骤502。

步骤502、控制装置获得匹配网络的输入阻抗和功率源的输出阻抗。

本实施例中，控制装置中的第二获得单元201根据匹配网络输入端的电压和电流获得匹配网络的输入阻抗，以及根据功率源输出端的电压和电流获得功率源的输出阻抗，匹配网络的输入阻抗Z如公式(1)所示，

Z＝|Z|cosθ+j|Z|sinθ     (1)

其中，输入阻抗的模值为|Z|，相位角为θ，

功率源的输出阻抗同样可以采用复数表示，功率源的输出阻抗Z_L如公式(2)所示，

Z_L＝R_L+jX_L                (2)

获得匹配网络的输入阻抗和功率源的输出阻抗后，进入步骤503。

步骤503、控制装置根据匹配网络的输入阻抗与功率源的输出阻抗的实部之间的差值和虚部之间的差值计算得到两组电容调整量。

在本实施例中，控制装置中的计算单元202分别比较匹配网络的输入阻抗Z与功率源的输出阻抗Z_L的实部和虚部，得到实部之间的差值E1和虚部之间的差值E2，然后根据公式(3)和公式(4)计算两组电容调整量ΔC1和ΔC2，公式(3)和公式(4)如下所示：

ΔC1＝K1*E1                (3)

ΔC2＝K2*E2                (4)

其中，K1和K2为比例系数，为算法的可调参数。

得到电容调整量ΔC1和ΔC2之后，进入步骤503。

步骤504、控制装置计算步进电机的算法步进调整量。

控制装置中的计算单元202根据电容调整量ΔC1和ΔC2再分别计算当前运行周期中第一步进电机401和第二步进电机402的算法步进调整量。首先对电容调整量ΔC1和ΔC2进行归一化运算分别得到第一步进电机401和第二步进电机402的归一化电容调整量

和

其中，

和ΔC1之间的关系以及

和ΔC2之间的关系分别如公式(5)和(6)所示：

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\ΔC}1}=\mathrm{\ΔC}1/Q1=K1*E1/Q1---\left(5\right)$

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\ΔC}2}=\mathrm{\ΔC}2/Q2=K2*E2/Q2---\left(6\right)$

其中，Q1和Q2是解耦算法里归一化系数。

Q1、Q2可以相等，也可以不相等，在实际应用中，Q1、Q2可以取值25、27等。

控制装置中的计算单元202获得第一步进电机401和第二步进电机402的归一化电容调整量和

之后，再根据公式(7)计算出第一步进电机401的算法步进调整量和第二步进电机402的算法步进调整量，其中，公式(7)如下所示：

$D_{n+1}=M*{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ΔC}}}_{n+1}---\left(7\right)$

其中，

为步进电容在第n+1个周期的归一化电容调整量，D_n+1为可变电容连接的步进电机在第n+1个运行周期的算法步进调整量，M为步进电机的实际最大步进调整量，M＞0。

根据公式(7)计算得到第一步进电机401和第二步进电机402的算法步进调整量后，进入步骤504。

步骤505、控制装置根据步进电机上一运行周期的实际步进调整量和运行周期的算法步进调整量获得运行周期的实际步进调整量。

在本实施例中，控制装置中第一获得单元203获得运行周期的第一步进电机401和第二步进电机402在运行周期的实际步进调整量具体包括：

1)、在E_n＝M情况下，

如果D_n+1≥M，第一获得单元203获得步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为M；

如果D_n+1＜M，第一获得单元203获得步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为M-m；

2)、在E_n＝-M情况下，

如果D_n+1＞-M，第一获得单元203获得步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为-M+m；

如果D_n+1≤-M，第一获得单元203获得步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为-M；

如果|D_n+1|＜|E_n|，第一获得单元203获得步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为E_n+m；

3)、在|E_n|＜M的情况下，

当D_n+1＞E_n时，第一获得单元203获得步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为E_n+m；

当D_n+1＝E_n时，第一获得单元203获得步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为E_n；

当D_n+1＜E_n时，第一获得单元203获得步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为E_n-m；

其中，E_n为步进电机在第n个运行周期的实际步进调整量，m为阶梯增量，0＜m＜M，阶梯增量通常设置为常数。

其中，D_n+1为步进电机在第n+1个运行周期的算法步进调整量，E_n为步进电机在第n个运行周期的实际步进调整量，M为步进电机预先设置的实际最大步进调整量，M＞0，n≥0，m为阶梯增量(0＜m＜M)，阶梯增量通常设置为常数。

步骤506、控制装置根据运行周期的实际步进调整量来调整步进电机的运行速度，以控制步进电机在运行周期内以调整后的运行速度恒速运转。

控制装置中的调整单元204根据步骤505获得的运行周期的实际步进调整量来调整步进电机在第n+1个运行周期的运行速度，以控制步进电机在该运行周期内按照调整后的运行速度恒速运转。

步骤507、步进电机在运行周期内以控制装置对其调整后的运行速度恒速运转，进而改变其所对应的可变电容的容值以使匹配网络的输入阻抗等于功率源的输出阻抗。

图6为本发明提供的步进电机的控制方法中步进电机的运行速度曲线。如图6所示，步进电机在每个运行周期中以恒定的运行速度运行，当下一个运行周期的运行速度调整之后，步进电机在下一个运行周期内就以调整后的运行速度恒速运行，例如，步进电机第n个运行周期的运行速度为Wn，则第n+1个运行周期的运行速度等于Wn与第n+1个运行周期的实际步进调整量之和，使步进电机的运行速度相对稳定地调整，避免因错过匹配点而造成超调等问题，在实际应用中，步进电机的一个运行周期Δt可以设定为40ms。

在本实施例中，设定实际最大步进调整量M为20，阶梯增量m为2，步进电机的阶梯增量变速算法如表1所示，表1如下：

表1

表1中的可以为或

n≥0。

在实际应用中，设定功率源向匹配网络上电之前，各个步进电机的运行速度为0，实际步进调整量也为0，实际最大步进调整量M的取值也可以为30、40等，阶梯增量m的取值可以为1、3、4等。

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。

Claims (10)

1.一种步进电机的控制方法，其特征在于，包括：

根据匹配网络的输入阻抗与功率源的输出阻抗之间的阻抗差计算步进电机的运行周期的算法步进调整量；

根据所述步进电机上一运行周期的实际步进调整量和所述运行周期的算法步进调整量获得所述运行周期的实际步进调整量；

根据所述运行周期的实际步进调整量来调整所述步进电机的运行速度，以控制所述步进电机在所述运行周期内以调整后的运行速度恒速运转。

2.根据权利要求1所述的步进电机的控制方法，其特征在于，在所述根据匹配网络的输入阻抗与功率源的输出阻抗之间的阻抗差计算步进电机的所述运行周期的算法步进调整量之前还包括：

根据所述匹配网络的输入端的电压和电流获得所述匹配网络的输入阻抗；

根据所述功率源的输出端的电压和电流获得所述功率源的输出阻抗。

3.根据权利要求1或2所述的步进电机的控制方法，其特征在于，所述匹配网络包括两个可变电容，每一所述可变电容连接一步进电机。

4.根据权利要求3所述的步进电机的控制方法，其特征在于，所述根据匹配网络的输入阻抗与功率源的输出阻抗之间的阻抗差计算步进电机的所述运行周期的算法步进调整量包括：

根据所述匹配网络的输入阻抗与所述功率源的输出阻抗的实部之间的差值和虚部之间的差值计算得到每一所述可变电容的电容调整量ΔC；

对每一所述电容调整量ΔC进行归一化处理以分别得到归一化电容调整量

通过公式

计算所述每一所述可变电容相对应的步进电机在第n+1个运行周期的算法步进调整量；其中，

为每一所述可变电容相对应的步进电机在第n+1个运行周期的归一化电容调整量，D_n+1为步进电机在第n+1个运行周期的算法步进调整量，M为步进电机的实际最大步进调整量，M＞0，n≥0。

5.根据权利要求4所述的步进电机的控制方法，其特征在于，所述根据所述步进电机上一运行周期的实际步进调整量和所述运行周期的算法步进调整量获得所述运行周期的实际步进调整量包括：

在E_n＝M情况下，

如果D_n+1≥M，所述步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为E_n；

如果D_n+1＜M，所述步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为M-m；

在E_n＝-M情况下，

如果D_n+1＞-M，所述步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为-M+m；

如果D_n+1≤-M，所述步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为-M；

在|E_n|＜M的情况下，

当D_n+1＞E_n时，所述步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为E_n+m；

当D_n+1＝E_n时，所述步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为E_n；

当D_n+1＜E_n时，所述步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为E_n-m；

其中，E_n为步进电机在第n个运行周期的实际步进调整量，m为阶梯增量，0＜m＜M。

6.一种步进电机的控制装置，其特征在于，包括：

计算单元，用于根据匹配网络的输入阻抗与功率源的输出阻抗之间的阻抗差计算步进电机的运行周期的算法步进调整量；

第一获得单元，用于根据所述步进电机上一运行周期的实际步进调整量和所述运行周期的算法步进调整量获得所述运行周期的实际步进调整量；

调整单元，用于根据所述运行周期的实际步进调整量来调整所述步进电机的运行速度，以控制所述步进电机在所述运行周期内以调整后的运行速度恒速运转。

7.根据权利要求6所述的步进电机的控制装置，其特征在于还包括：

第二获得单元，用于根据所述匹配网络的输入端的电压和电流获得所述匹配网络的输入阻抗，以及根据所述功率源的输出端的电压和电流获得所述功率源的输出阻抗。

8.根据权利要求6或7所述的步进电机的控制装置，其特征在于，所述计算单元包括：

第一计算子单元，用于根据所述匹配网络的输入阻抗与功率源的输出阻抗的实部之间的差值和虚部之间的差值计算得到每一所述可变电容的电容调整量ΔC；

归一化子单元，用于对每一所述电容调整量ΔC进行归一化处理分别得到归一化电容调整量

第二计算子单元，用于通过公式

计算所述每一所述可变电容相对应的步进电机在第n+1个运行周期的算法步进调整量；其中，

为每一所述可变电容相对应的步进电机在第n+1个运行周期的归一化电容调整量，D_n+1为步进电机在第n+1个运行周期的算法步进调整量，M为步进电机的实际最大步进调整量，M＞0，n≥0。

9.根据权利要求8所述的步进电机的控制装置，其特征在于，所述调整单元根据阶梯增量变速算法和所述算法步进调整量获得的实际步进调整量来调整所述步进电机的运行速度包括：

在E_n＝M情况下，

如果D_n+1≥M，所述步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为E_n；

如果D_n+1＜M，所述步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为M-m；

在E_n＝-M情况下，

如果D_n+1＞-M，所述步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为-M+m；

如果D_n+1≤-M，所述步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为-M；

在|E_n|＜M的情况下，

当D_n+1＞E_n时，所述步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为E_n+m；

当D_n+1＝E_n时，所述步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为E_n；

当D_n+1＜E_n时，所述步进电机在第n+1个运行周期的实际步进调整量为E_n-m；

其中，E_n为步进电机在第n个运行周期的实际步进调整量，m为阶梯增量，0＜m＜M。

10.一种阻抗匹配器，其特征在于包括传感器、执行机构和权利要求6-9所述的任意一种步进电机的控制装置；

所述传感器分别连接所述执行机构中的匹配网络和所述控制装置，且所述传感器用于采集所述匹配网络输入端的电压和电流以及功率源输出端的电压和电流；

所述控制装置分别连接所述执行机构中的步进电机，且所述控制装置用于根据所述匹配网络的输入端的电压和电流以及所述功率源的输出端的电压和电流，分别获得所述匹配网络的输入阻抗和所述功率源的输出阻抗；根据所述匹配网络的输入阻抗与所述功率源的输出阻抗之间的阻抗差计算步进电机的运行周期的算法步进调整量，根据所述步进电机上一运行周期的实际步进调整量和所述运行周期的算法步进调整量获得所述运行周期的实际步进调整量，并根据所述运行周期的实际步进调整量来调整所述步进电机的运行速度，以控制所述步进电机在所述运行周期内以调整后的运行速度恒速运转。

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