CN106655930A - 一种基于接近传感器的步进电机失步纠错方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于接近传感器的步进电机失步纠错方法，通过接近传感器对步进电机转动绝对位置进行测量，并利用辅助的步进电机测向模型与修正算法，实现对步进电机失步的准确纠错。利用接近传感器自身的低成本、高精度、高可靠性等特点，来满足步进电机失步纠错的低成本化需求。本发明无需加装测角传感器如光电编码器、旋转变压器等，而是通过简易加装接近传感器及相应的软件处理算法，即可避免步进电机输出角度误差的积累，保证测角精度的长期准确性，在成本上具有很大的优势。
Description
技术领域：
本发明涉及一种基于接近传感器的步进电机失步纠错方法，本方法适用于角位置或角速率的开环控制等领域。
背景技术：
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机。在未发生失步情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数并不受负载变化的影响，当步进电机接收到一个脉冲信号时，电机就按设定的方向转一个固定的角度(步进角或步距角)，通过控制脉冲数和脉冲频率来控制电机角位移量及电机转速从而达到精确的开环控制。步进电机每转一周的步数相同，在不失步的情况下，其步距误差不会长期累积。
失步是指步进电机由于一定的原因，未按照设定的控制脉冲数和脉冲频率进行角度的转动，丢失了一定的步进角。当转子加速度慢于步进电机的旋转磁场，转子的平均速度高于定子磁场的平均旋转速度，或者电机负载惯性较大等情况下，都会造成步进电机的失步。在角位置和角速率开环控制中，步进电机的失步会造成控制量误差的积累，造成控制精度下降。
发明内容：
本发明的技术解决问题是：利用接近传感器，结合电机测向及修正算法，定期对步进电机的失步误差进行修正，准确测量角度误差，提供一种基于接近传感器的步进电机失步纠错方法。
本发明的技术解决方案为：一种基于接近传感器的步进电机失步纠错方法，其特征在于首先确定精确的接近传感器安装位置，准确安装在于步进电机定子固连的载体上，然后设计步进电机的测向模型，准确判定步进电机的实时转动方向，在系统运行过程中，当接近传感器触发信号时，准确记录此时步进电机的脉冲计数值，并根据接近传感器安装的位置设计值与此时的步进电机转动方向，对步进电机此时刻的脉冲计数角度进行修正纠错，具体步骤如下：
(1)设计一套机械装置，该机械装置将接近传感器与步进电机定子固连，接近传感器感应块与步进电机转动部分固连，精确标记接近传感器与步进电机转动之间的安装关系。
(2)设计步进电机的测向模型，准确判定步进电机的实时转动方向。由于接近传感器在正向与反向所感应的角度位置存在差别，为了避免引入其他的角度误差，因此必须要准确判断步进电机的实时转动方向，并加入相应的误判机制。
(3)考虑到接近传感器在触发阶段中电机频繁换向带来的附加干扰，为保证修正的准确性和可靠性，设计基于步进电机测向的抗干扰误差修正算法。
(4)系统运行过程中，利用以上(1)-(3)步提供的结构、模型及算法，当接近传感器触发信号时，准确记录此时步进电机的脉冲计数值，并根据接近传感器安装的位置设计值与此时的步进电机转动方向，对步进电机此时刻的脉冲计数角度进行修正纠错。
本发明的原理是：接近传感器对步进电机转动绝对位置进行测量，并利用辅助的步进电机测向模型与修正算法，实现对步进电机失步的准确纠错。利用接近传感器自身的低成本、高精度、高可靠性等特点，来满足步进电机失步纠错的低成本化需求。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明无需加装测角传感器如光电编码器、旋转变压器等，而是通过简易加装接近传感器及相应的软件处理算法，即可避免步进电机输出角度误差的积累，保证测角精度的长期准确性，在成本上具有很大的优势。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的修正算法解析图；
具体实施方式：
如图1、2所示，本发明的具体方法如下：
1、整个结构设计包括七部分，固定安装板，步进电机定子部分，步进电机转动部分，结构传动部件，接近传感器感应块，接近传感器以及负载。固定安装板为整个结构提供支撑，步进电机定子固定在安装板上，在负载上安装接近传感器感应块，接近传感器固定在安装板上，每当接近传感器经过接近传感器感应块时，接近传感器会发出信号。通过结构设计，可精确标记接近传感器信号触发时的角度位置，在本示例中标记角度位置为Aideal。
2、由于接近传感器在正向与反向所感应的角度位置存在差别，为了避免引入其他的角度误差，因此必须要准确判断步进电机的实时转动方向，并加入相应的误判机制。该方法设计了步进电机的纠错算法，准确判定步进电机的转动方向和失步误差。
SPreal＝|B-A|
|SPideal-SPreal|＜100
其中SPreal实际传感器触发信号所占用的脉冲数，SPideal为理论上传感器触发信号所占用的脉冲数。如果二者之差小于100，则认为感应块完全通过接近传感器，所记录的脉冲数A可与Aideal进行匹配，用于步进电机失步的修正。按照修正计算式对脉冲数进行修正。
Δ＝|Aideal-A|
Δ即为步进电机失步的修正量。
Claims (3)
1.设计一套机械装置，其特征在于该机械装置将接近传感器与步进电机定子固连，接近传感器感应块与步进电机转动部分固连，精确标记接近传感器与步进电机转动之间的安装关系。
2.设计步进电机的测向模型及修正算法，其特征在于当接近传感器触发信号，记录下当前的电机驱动方向和脉冲数A，并判断接近传感器触发信号直至其消失，如果消失，记录消失时刻的脉冲数B，此后，再次判断在持续T时间(一般取200ms-500ms)的过程中接近传感器信号是否再次触发，如果在T时间内再次触发，当负载安装的感应块已完全通过接近传感器时，按照检验计算式对脉冲数进行检验。如果检验通过，按照修正计算式对脉冲数进行修正。
3.根据权利要求1、2所示的一种基于接近传感器的步进电机失步纠错方法，其特征在于接近传感器对步进电机转动绝对位置进行测量，并利用辅助的步进电机测向模型与修正算法，实现对步进电机失步的准确纠错。利用接近传感器自身的低成本、高精度、高可靠性等特点，来满足步进电机失步纠错的低成本化需求。
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