CN106787986B - 电机加减速控制方法和三维移液装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机加减速控制方法和三维移液装置，电机加减速控制方法包括：获取目标速度参数和目标运动距离，根据目标运动距离和预设关系函数获取目标脉冲数；根据目标脉冲数、目标速度参数、预设的速度参数数组曲线和脉冲数组曲线获取电机的运动控制模式；读取电机运转对应的当前脉冲数；若运动控制模式为包含匀速模式，则控制电机先加速到目标速度参数对应的速度、再以目标速度参数对应的速度匀速运转、最后减速运转至预设最低速度；若运动控制模式为不含匀速模式，则控制电机先加速运转后减速运转至预设最低速度。如此，控制方式简单，易于实现且精度高。

Description

电机加减速控制方法和三维移液装置

技术领域

本发明涉及电子设备技术领域，特别是涉及一种电机加减速控制方法和三维移液装置。

背景技术

电机作为各种电器设备的动力源，其转速通常作为功能性能的衡量标准。例如，电机用于机械移动式设备(例如三维移液装置)时，电机转速越高，机械移动式设备的移动速度越快，电机转速越低，机械移动式设备的移动速度越慢。电机的转速由电机驱动装置控制，而在一些电器设备工作过程中，可能需要及时调整电机加减速。

传统的控制电机加减速的方法是采用闭环PID(Proportion IntegralDifferential比例积分微分)控制的方法，通过将设定值与实际值之间的差距以比例、积分、微分这几种方法进行运算后，将结果反馈进行控制，控制参数难调，调而且节时间难以掌控，故控制方式复杂。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种控制方式简单的电机加减速控制方法和三维移液装置。

一种电机加减速控制方法，包括：

获取目标速度参数和目标运动距离，并根据所述目标运动距离和预设关系函数获取所述目标运动距离对应的目标脉冲数；

根据所述目标脉冲数、所述目标速度参数、预设的分别以阶梯数和速度参数为坐标轴的速度参数数组曲线和预设的分别以阶梯数和脉冲数为坐标轴的脉冲数组曲线获取电机的运动控制模式；

读取所述电机运转对应的当前脉冲数；

若所述运动控制模式为包含匀速模式，则根据所述当前脉冲数、所述目标脉冲数、所述脉冲数据曲线和所述速度参数数组曲线，控制所述电机先加速到所述目标速度参数对应的速度、再以所述目标速度参数对应的速度匀速运转、最后减速运转至预设最低速度；

若所述运动控制模式为不含匀速模式，则根据所述当前脉冲数、所述目标脉冲数、所述脉冲数组曲线和所述速度参数数组曲线，控制所述电机先加速运转后减速运转至所述预设最低速度。

上述电机加减速控制方法，通过获取的目标速度参数和与目标运动距离对应的目标脉冲数，根据目标速度参数、目标脉冲数以及预设的速度参数数组曲线和预设的脉冲数组曲线获取电机的运动控制模式，然后根据运动控制模式和当前脉冲数控制电机进行相应地运转，具体为：在运动控制模式为包含匀速模式时，参考当前脉冲数控制电机先加速到目标速度参数对应的速度、再以目标速度参数对应的速度匀速运转、最后减速运转至预设最低速度；在运动控制模式为不含匀速模式时，参考当前脉冲数控制电机先加速运转后减速运转至预设最低速度。一方面，可直接根据获取到的参数和预设的曲线进行分析控制电机的加减速运转，相比于现有的闭环控制，不需要进行复杂的反馈、调节和控制，控制方式简单，易于实现；另一方面，通过以上加减速控制可以实现平滑运动，机械噪声少、运动过程中的过冲少，从而移动精度高。

一种三维移液装置，包括控制器、三维运动机构、电机驱动装置和电机，所述电机驱动装置连接所述控制器且对应连接一个电机，所述电机连接三维运动机构；

所述控制器获取目标速度参数和目标运动距离，并根据所述目标运动距离和预设关系函数获取所述目标运动距离对应的目标脉冲数，根据所述目标脉冲数、所述目标速度参数、预设的分别以阶梯数和速度参数为坐标轴的速度参数数组曲线和预设的分别以阶梯数和脉冲数为坐标轴的脉冲数组曲线获取电机的运动控制模式；

所述控制器读取所述电机运转对应的当前脉冲数，若所述运动控制模式为包含匀速模式，则所述控制器根据所述当前脉冲数、所述目标脉冲数、所述脉冲数据曲线和所述速度参数数组曲线，发送控制指令至所述电机驱动装置，使所述电机驱动装置控制所述电机先加速到所述目标速度参数对应的速度、再以所述目标速度参数对应的速度匀速运转、最后减速运转至预设最低速度，以带动所述三维运动机构先加速后匀速再减速；若所述运动控制模式为不含匀速模式，则所述控制器根据所述当前脉冲数、所述目标脉冲数、所述脉冲数组曲线和所述速度参数数组曲线，发送控制指令至所述电机驱动装置，使所述电机驱动装置控制所述电机先加速运转后减速运转至预设最低速度，以带动所述三维运动机构先加速后减速。

上述三位移液装置，通过电机驱动装置分别连接控制器和电机，电机连接三维运动机构；控制器可通过获取的目标速度参数和与目标运动距离对应的目标脉冲数，根据目标速度参数、目标脉冲数以及预设的速度参数数组曲线和预设的脉冲数组曲线获取电机的运动控制模式，然后根据运动控制模式和当前脉冲数控制电机进行相应地运转。一方面，可直接根据获取到的参数和预设的曲线进行分析控制电机的加减速运转，相比于现有的闭环控制，不需要进行复杂的反馈、调节和控制，控制方式简单，易于实现；另一方面，通过以上加减速控制可以实现平滑运动，机械噪声少、运动过程中的过冲少，从而移动精度高。

附图说明

图1为一实施例中电机加减速控制方法的流程图；

图2为一实施例中获取目标速度参数和目标运动距离，并根据目标运动距离和预设关系函数获取目标运动距离对应的目标脉冲数的具体流程图；

图3为一实施例中根据目标脉冲数、目标速度参数、预设的分别以阶梯数和速度参数为坐标轴的速度参数数组曲线和预设的分别以阶梯数和脉冲数为坐标轴的脉冲数组曲线获取电机的运动控制模式的具体流程图；

图4为一实施例中速度参数数组曲线的示意图；

图5为一实施例中脉冲数组曲线的示意图；

图6为一实施例中包含匀速模式的电机加减速运动曲线图；

图7为一实施例中不含匀速模式的电机加减速运动曲线图；

图8为一实施例中三维移液装置的结构图；

图9为另一实施例中三维移液装置的结构图；

图10为一实施例中电机驱动装置的电路原理图；

图11为一实施例中的光耦的位置示意图。

具体实施方式

参考图1，一实施例中的电机加减速控制方法，包括如下步骤。

S110：获取目标速度参数和目标运动距离，并根据目标运动距离和预设关系函数获取目标运动距离对应的目标脉冲数。

目标速度参数指设定电机的运转可达到的最大速度对应的速度参数；例如，若电机为无刷直流电机，则目标速度参数可以为设定的最大占空比；若电机为步进电机，则目标速度参数可以为设定的最大频率。目标运动距离指电机运转带动连接的机械移动式设备所需要移动的距离，例如，为实现某项功能，机械移动式设备在电机的运转驱动下需要移动A毫米，则对应的目标移动距离为A毫米。目标速度参数和目标运动距离均可根据需要人工设置。

预设关系函数用于表示电机带动连接的机械移动式设备所移动的距离与电机运转的脉冲数的对应关系，可以预先存储，从而根据目标运动距离和预设关系函数即可得到对应的脉冲数作为目标脉冲数。

在一实施例中，参考图2，步骤S110包括步骤S111至步骤S113。

S111：接收输入的目标速度参数、初始位置和目的位置。

初始位置和目的位置可由工作人员通过输入装置人工输入。例如，电机连接的机械移动式设备为三维移液装置时，电机需要带动三维移液装置从源孔位移动到目的孔位，使得三维移液装置上的取样针能从目的孔位对应的位置处抽取样品。

S112：获取与电机连接的丝杆从初始位置运动到目的位置所需移动的轨迹长度得到目标运动距离。

丝杆为机械移动式设备上的机构，电机通过带动丝杆运动，从而带动机械移动式设备运动。根据输入的初始位置和目的位置规划出行走路径，例如，预先存储有机械式移动设备的可活动路径图，以初始位置为起始点、目的位置为终止点、从可活动路径图上查找一条通路作为行走路径；该行走路径对应的距离即为目标运动距离。

S113：将目标运动距离代入预设关系函数，计算得到目标运动距离对应的目标脉冲数。

在一实施例中，预设关系函数为：

M_pulse＝S*Pn*n0/S0；

其中，M_pulse为目标脉冲数，S为目标运动距离，Pn为预设的设于电机的编码器走一圈对应的脉冲数，n0为预设的丝杆与编码器的运动减速比，S0为预设的丝杆走一圈对应的位移。Pn、n0和S0预先存储。

S130：根据目标脉冲数、目标速度参数、预设的分别以阶梯数和速度参数为坐标轴的速度参数数组曲线和预设的分别以阶梯数和脉冲数为坐标轴的脉冲数组曲线获取电机的运动控制模式。

阶梯数指以1为间隔进行阶梯增减的整数，例如0、1、2、3……。分别以阶梯数和速度参数作为坐标轴，可以是以阶梯数为横坐标、以速度参数为纵坐标，或者也可以是以阶梯数为纵坐标、以速度参数为横坐标；同理，分别以阶梯数和脉冲数为坐标轴，可以是以阶梯数为横坐标、以脉冲数为纵坐标，或者以阶梯数为纵坐标、以脉冲数为横坐标。速度参数数组曲线和脉冲数组曲线可以预先设置存储。

在一实施例中，参考图3，步骤S130包括步骤S131至步骤S135。

S131：根据目标速度参数从速度参数数组曲线中查找目标阶梯数，使目标速度参数大于或等于目标阶梯数对应的速度参数，且小于目标阶梯数的下一阶梯数对应的速度参数。

速度参数数组曲线中，每一个阶梯数对应一个速度参数，且阶梯数均为整数。目标速度参数大于或等于目标阶梯数对应的速度参数，且小于目标阶梯数的下一阶梯数对应的速度参数，即表示查找的目标阶梯数需要满足限定条件：M_duty[i]≤M_duty＜M_duty[i+1]，i为目标阶梯数，M_duty为目标速度参数，M_duty[i]和M_duty[i+1]分别为目标阶梯数对应的速度参数、目标阶梯数的下一阶梯数对应的速度参数。通过根据已知的目标速度参数和限定条件去查找目标阶梯数，对目标速度参数进行向下取整，使得从速度参数数组曲线中可找到对应的阶梯数，便于结合参数脉冲数组曲线进行处理。

S132：从脉冲数组曲线中查找与目标阶梯数对应的脉冲数得到参考脉冲数。

脉冲数组曲线与速度参数数组曲线的坐标轴中中有一个共同的维度参数为阶梯数，因此通过阶梯数可得到脉冲数与速度参数的对应关系，即同一个阶梯数在速度参数数组曲线中对应的速度参数与该阶梯数在脉冲数组曲线中对应的脉冲数有对应关系。通过查找得到参考脉冲数，则参考脉冲数与目标速度参数向下取整后的速度参数对应。

S133：比较参考脉冲数与目标脉冲数的二分之一数值的大小。

目标脉冲数的二分之一即为脉冲数达到目标脉冲数的一半；由于目标脉冲数与目标运动距离对应，因此，目标脉冲数的二分之一数值即对应目标运动距离的一半。比较参数脉冲数与目标脉冲数的二分之一数值，即判断当电机的转速达到目标速度参数对应的速度时，机械移动式设备是否运动到目标运动距离的一半。

S134：若参考脉冲数小于目标脉冲数的二分之一数值，则设置电机的运动控制模式为包含匀速模式。

包含匀速模式为运动控制模式中的一种模式，表示控制电机运转的方式满足机械移动式设备的运动过程中包含匀速运动阶段。

参考脉冲数小于目标脉冲数的二分之一数值，表示当电机的转速达到目标速度参数对应的速度时，机械移动式设备的移动距离还没有达到目标运动距离的一半；此时，设置电机的运动控制模式为包含匀速模式。

S135：若参考脉冲数大于或等于目标脉冲数的二分之一数值，则设置电机的运动控制模式为不含匀速模式。

不含匀速模式为运动控制模式中的一种模式，表示控制电机运转的方式满足机械移动式设备的运动过程中不含匀速运动阶段。

参考脉冲数大于或等于目标脉冲数的二分之一数值，表示若电机的转速达到目标速度参数对应的速度，则机械移动式设备的移动距离超过或等于目标运动距离的一半；此时，设置电机的运动控制模式为不含匀速模式。

通过以目标脉冲数的二分之一为界限，结合目标速度参数、速度参数数组曲线和脉冲数组曲线进行分析，获取适用于电机的一种运动控制模式，方式简单。

可以理解，在其他实施例中，还可以采用其他的方式获取电机的运动控制模式。例如，步骤S130可包括：从脉冲数组曲线中查找对应阶梯数，满足目标脉冲数的二分之一大于或等于查找到的阶梯数对应的脉冲数，且小于查找的阶梯数的后一阶梯数对应的脉冲数；从速度参数数组曲线中查找与查找的阶梯数对应的速度参数得到参考速度参数；比较参考速度参数与目标速度参数的大小；若参考速度参数小于或等于所述目标速度参数，则设置电机的运动控制模式为不含匀速模式；若参考速度参数大于所述目标速度参数，则设置电机的运动控制模式为包含匀速模式。

S150：读取电机运转对应的当前脉冲数。

电机运转过程中对应有脉冲数，脉冲数累积计算，机械移动式设备运动的距离越长，脉冲数越大。

S170：若运动控制模式为包含匀速模式，则根据当前脉冲数、目标脉冲数、脉冲数据曲线和速度参数数组曲线，控制电机先加速到目标速度参数对应的速度、再以目标速度参数对应的速度匀速运转、最后减速运转至预设最低速度。

预设最低速度可以根据实际需要具体设置，可以是为零，也可以是启动电机对应的最小非零速度。

电机加速到目标速度参数对应的速度后，控制电机按照目标速度参数对应的速度进行匀速运转的时长可以是预先设置；匀速运转过程后，根据目标脉冲数、当前脉冲数确定剩余位移后，根据剩余位移、目标速度参数对应的速度和预设最低速度确定减速过程的速度变化率。可以理解，电机匀速运转的时长也可以是实时确定。

例如，在一实施例中，可根据当前脉冲数、目标脉冲数、脉冲数据曲线和速度参数数组曲线实时确定电机匀速运转的时长，使得电机减速运转的速度变化曲线与加速运转的速度变化曲线对称。本实施例中，步骤S170包括步骤(a1)至步骤(a5)。

步骤(a1)：若当前脉冲数大于0且小于参考脉冲数，则从脉冲数组曲线中查找阶梯数N0，使满足M_pulse[N0]＜＝M_pulse[D]＜M_pulse[N0+1]，其中，M_pulse[D]为当前脉冲数，M_pulse[N0]为阶梯数N0对应的脉冲数，M_pulse[N0+1]为阶梯数N0的后一阶梯数对应的脉冲数。

查找一个阶梯数N0，使得当前脉冲数大于或等于阶梯数N0对应的脉冲数且小于阶梯数N0的后一阶梯数对应的脉冲数，从而从脉冲数组曲线中按照阶梯数上升的趋势找到与当前脉冲数对应的最接近的阶梯数。

步骤(a2)：从速度参数数组曲线中查找阶梯数N0对应的速度参数M_duty[N0]，并将电机当前的速度参数调整为M_duty[N0]，以控制电机加速运转。

根据阶梯数N0查找到对应的速度参数M_duty[N0]，则速度参数M_duty[N0]对应当前脉冲数M_pulse[D]。如此，以参考脉冲数为界限，在脉冲数为大于0且小于参考脉冲数的阶段内，控制电机以当前脉冲数M_pulse[D]对应的速度参数M_duty[N0]进行加速运转。

步骤(a3)：若M_pulse[i]＜＝M_pulse[D]＜M_pulse[i+1]，将当前的速度参数调整为目标速度参数，以控制电机匀速运转，其中，i为目标阶梯数，M_pulse[i]为参考脉冲数，M_pulse[i+1]为脉冲数组曲线中目标阶梯数的后一阶梯数对应的脉冲数。

当前脉冲数大于或等于参考脉冲数且小于目标阶梯数的后一阶梯对应的脉冲数时，按照目标速度参数控制电机匀速运转，此时电机达到最大的运转速度。

步骤(a4)：若(M_pulse-M_pulse[D])＜M_pulse[i+1]，则从脉冲数组曲线中查找阶梯数N1，使满足M_pulse[N1]＜＝M_pulse-M_pulse[D]＜M_pulse[N1+1]，其中，M_pulse为目标脉冲数，M_pulse[N1]为阶梯数N1对应的脉冲数，M_pulse[N1+1]为阶梯数N1的后一阶梯数对应的脉冲数。

查找一个阶梯数N1，使得目标脉冲数与当前脉冲数之差大于或等于阶梯数N1对应的脉冲数且小于阶梯数N1的后一阶梯数对应的脉冲数，从而从脉冲数组曲线中按照阶梯数下降的趋势找到与当前脉冲数对应的最接近的阶梯数。

步骤(a5)：从速度参数数组曲线中查找阶梯数N1对应的速度参数M_duty[N1]，并将电机当前的速度参数调整为M_duty[N1]，以控制电机减速运转至预设最低速度。

根据阶梯数N1查找到对应的速度参数M_duty[N1]，则速度参数M_duty[N1]对应当前脉冲数M_pulse[D]。如此，在(M_pulse-M_pulse[D])＜M_pulse[i+1]的阶段内，控制电机以当前脉冲数M_pulse[D]对应的速度参数M_duty[N1]进行加速运转。

S190：若运动控制模式为不含匀速模式，则根据当前脉冲数、目标脉冲数、脉冲数组曲线和速度参数数组曲线，控制电机先加速运转后减速运转至预设最低速度。

具体地，控制电机先加速运转直到当前脉冲数达到目标脉冲数的一半，然后控制电机减速运转至预设最低速度。

在一实施例中，步骤S190包括步骤(b1)至步骤(b3)。

步骤(b1)：从脉冲数组曲线中查找阶梯数t，满足M_pulse[t]＜(1/2)*M_pulse＜M_pulse[t+1]，其中，M_pulse[t]为脉冲数组曲线中阶梯数t对应的脉冲数，M_pulse为目标脉冲数，M_pulse[t+1]为脉冲数组曲线中阶梯数t的后一阶梯数对应的脉冲数。

通过查找满足M_pulse[t]＜(1/2)*M_pulse＜M_pulse[t+1]的阶梯数t，从而查找对目标脉冲数的一半对应的最接近的阶梯数。

步骤(b2)：若当前脉冲数大于0且小于或等于M_pulse[t]，则从脉冲数组曲线中查找阶梯数N0及从速度参数数组曲线中查找对应的M_duty[N0]，将电机当前的速度参数调整为M_duty[N0]，以控制电机加速运转。

同样，阶梯数N0满足M_pulse[N0]＜＝M_pulse[D]＜M_pulse[N0+1]。如此，以查找到的阶梯数t对应的脉冲数为界限，在该脉冲数M_pulse[t]之前，控制电机按照当前脉冲数M_pulse[D]对应的速度参数M_duty[N0]进行加速运转。

步骤(b3)：若M_pulse[D]＞M_pulse[t]，从脉冲数组曲线中查找阶梯数N1及从速度参数数组曲线中查找对应的M_duty[N1]，将电机当前的速度参数调整为M_duty[N1]，以控制电机减速运转至预设最低速度，其中，M_pulse[D]为当前脉冲数。

同样，阶梯数N1满足M_pulse[N1]＜＝M_pulse-M_pulse[D]＜M_pulse[N1+1]。如此，在脉冲数M_pulse[t]之后，控制电机按照当前脉冲数M_pulse[D]对应的速度参数M_duty[N1]进行减速运转。

参考图4至图5，分别为一实施例中的速度参数数组曲线和脉冲数组曲线；参考图6至图7，分别为包含匀速模式和不含匀速模式对应的电机加减速运动曲线图。加速运动过程和减速运动过程的曲线对称，即速度变化率相同。

上述电机加减速控制方法，通过获取的目标速度参数和与目标运动距离对应的目标脉冲数，根据目标速度参数、目标脉冲数以及预设的速度参数数组曲线和预设的脉冲数组曲线获取电机的运动控制模式，然后根据运动控制模式和当前脉冲数控制电机进行相应地运转，具体为：在运动控制模式为包含匀速模式时，参考当前脉冲数控制电机先加速到目标速度参数对应的速度、再以目标速度参数对应的速度匀速运转、最后减速运转至预设最低速度；在运动控制模式为不含匀速模式时，参考当前脉冲数控制电机先加速运转后减速运转至预设最低速度。一方面，可直接根据获取到的参数和预设的曲线进行分析控制电机的加减速运转，相比于现有的闭环控制，不需要进行复杂的反馈、调节和控制，控制方式简单，易于实现；另一方面，通过以上加减速控制可以实现平滑运动，机械噪声少、运动过程中的过冲少，从而精度高。

一实施例中的一种电机加减速控制系统，包括数据获取模块、模式确定模块、脉冲数读取模块、第一控制模块和第二控制模块。

数据获取模块用于获取目标速度参数和目标运动距离，并根据目标运动距离和预设关系函数获取目标运动距离对应的目标脉冲数。

数据获取模块可以采用上述电机加减速控制方法中提到的方法进行目标速度参数、目标运动距离和目标脉冲数的获取，在此不做赘述。

模式确定模块用于根据目标脉冲数、目标速度参数、预设的分别以阶梯数和速度参数为坐标轴的速度参数数组曲线和预设的分别以阶梯数和脉冲数为坐标轴的脉冲数组曲线获取电机的运动控制模式。

模式确定模块可以采用上述电机加减速控制方法中提到的方法获取电机的运动控制模式，在此不做赘述。

脉冲数读取模块用于读取电机运转对应的当前脉冲数。

第一控制模块用于在运动控制模式为包含匀速模式时，根据当前脉冲数、目标脉冲数、脉冲数据曲线和速度参数数组曲线，控制电机先加速到目标速度参数对应的速度、再以目标速度参数对应的速度匀速运转、最后减速运转至预设最低速度。

第一控制模块可以采用上述电机加减速控制方法中提到的方法控制电机先加速、再匀速后减速运转，在此不做赘述。

第二控制模块用于在运动控制模式为不含匀速模式时，根据当前脉冲数、目标脉冲数、脉冲数组曲线和速度参数数组曲线，控制电机先加速运转后减速运转至预设最低速度。

第二控制模块可以采用上述电机加减速控制方法中提到的方法控制电机先加速后减速运转，在此不做赘述。

参考图8，一种三维移液装置，其特征在于，包括控制器110、电机驱动装置120、电机130和三维运动机构140，电机驱动装置120连接控制器110且对应连接一个电机130，电机130连接三维运动机构140。

控制器110用于控制电机驱动装置120驱动电机130的运转。三维运动机构140可设有丝杠，电机130通过丝杠连接三维运动机构140；电机130运转时带动丝杠移动，从而带动三维运动机构移动。三维运动机构为可在两两垂直的三个方向上移动的机构。本实施例中，三维运动机构包括三个丝杠，用于分别实现三个方向的移动；电机驱动装置120和电机130的数量均为三个且对应连接，即一个电机驱动装置120连接一个电机130，一个电机130连接一个方向的丝杠。

控制器110获取目标速度参数和目标运动距离，并根据目标运动距离和预设关系函数获取目标运动距离对应的目标脉冲数，根据目标脉冲数、目标速度参数、预设的分别以阶梯数和速度参数为坐标轴的速度参数数组曲线和预设的分别以阶梯数和脉冲数为坐标轴的脉冲数组曲线获取电机130的运动控制模式。

在一实施例中，控制器110获取目标速度参数和目标运动距离，并根据目标运动距离和预设关系函数获取目标运动距离对应的目标脉冲数，具体包括：控制器110接收输入的目标速度参数、初始位置和目的位置，获取与电机连接的丝杆从初始位置运动到目的位置所需移动的轨迹长度得到目标运动距离，以及将目标运动距离代入预设关系函数，计算得到目标运动距离对应的目标脉冲数。

预设关系函数为：

M_pulse＝S*Pn*n0/S0；

其中，M_pulse为目标脉冲数，S为目标运动距离，Pn为预设的设于电机的编码器走一圈对应的脉冲数，n0为预设的丝杆与编码器的运动减速比，S0为预设的丝杆走一圈对应的位移。Pn、n0和S0预先存储。

在一实施例中，控制器110根据目标脉冲数、目标速度参数、预设的分别以阶梯数和速度参数为坐标轴的速度参数数组曲线和预设的分别以阶梯数和脉冲数为坐标轴的脉冲数组曲线获取电机130的运动控制模式，具体包括：控制器110根据目标速度参数从速度参数数组曲线中查找目标阶梯数，使目标速度参数大于或等于目标阶梯数对应的速度参数，且小于目标阶梯数的下一阶梯数对应的速度参数；控制器110从脉冲数组曲线中查找与目标阶梯数对应的脉冲数得到参考脉冲数；控制器110比较参考脉冲数与目标脉冲数的二分之一数值的大小；若参考脉冲数小于目标脉冲数的二分之一数值，则设置电机的运动控制模式为包含匀速模式；若参考脉冲数大于或等于目标脉冲数的二分之一数值，则设置电机的运动控制模式为不含匀速模式。可以理解，在其他实施例中，控制器110还可采用其他方式获取电机的运动控制模式。

控制器110读取电机运转对应的当前脉冲数，若运动控制模式为包含匀速模式，则控制器110根据当前脉冲数、目标脉冲数、脉冲数据曲线和速度参数数组曲线，发送控制指令至电机驱动装置120，使电机驱动装置120控制电机130先加速到目标速度参数对应的速度、再以目标速度参数对应的速度匀速运转、最后减速运转至预设最低速度，以带动三维运动机构140先加速后匀速再减速；若运动控制模式为不含匀速模式，则控制器110根据当前脉冲数、目标脉冲数、脉冲数组曲线和速度参数数组曲线，发送控制指令至电机驱动装置120，使电机驱动装置120控制电机130先加速运转后减速运转至预设最低速度，以带动三维运动机构140先加速后减速。具体地，控制器110控制电机130先加速运转直到当前脉冲数达到目标脉冲数的一半，然后控制电机130减速运转至预设最低速度。

具体地，包含匀速模式下，控制器110的工作过程为：在当前脉冲数大于0且小于参考脉冲数时，从脉冲数组曲线中查找阶梯数N0，使满足M_pulse[N0]＜＝M_pulse[D]＜M_pulse[N0+1]，其中，M_pulse[D]为当前脉冲数，M_pulse[N0]为阶梯数N0对应的脉冲数，M_pulse[N0+1]为阶梯数N0的后一阶梯数对应的脉冲数；从速度参数数组曲线中查找阶梯数N0对应的速度参数M_duty[N0]；发送控制指令至电机驱动装置120，使电机驱动装置120将电机130当前的速度参数调整为M_duty[N0]，以控制电机130加速运转。在M_pulse[i]＜＝M_pulse[D]＜M_pulse[i+1]时，发送控制指令至电机驱动装置120，使电机驱动装置120将电机130当前的速度参数调整为目标速度参数，以控制电机130匀速运转；其中，i为目标阶梯数，M_pulse[i]为参考脉冲数，M_pulse[i+1]为脉冲数组曲线中目标阶梯数的后一阶梯数对应的脉冲数。在(M_pulse-M_pulse[D])＜M_pulse[i+1]时，从脉冲数组曲线中查找阶梯数N1，使满足M_pulse[N1]＜＝M_pulse-M_pulse[D]＜M_pulse[N1+1]，其中，M_pulse为目标脉冲数；从速度参数数组曲线中查找阶梯数N1对应的速度参数M_duty[N1]；发送控制指令至电机驱动装置120，使电机驱动装置120将电机130当前的速度参数调整为M_duty[N1]，以控制电机130减速运转至预设最低速度。

不含匀速模式下，控制器110的工作过程为：从脉冲数组曲线中查找阶梯数t，满足M_pulse[t]＜(1/2)*M_pulse＜M_pulse[t+1]，其中，M_pulse[t]为脉冲数组曲线中阶梯数t对应的脉冲数，M_pulse为目标脉冲数，M_pulse[t+1]为脉冲数组曲线中阶梯数t的后一阶梯数对应的脉冲数；若当前脉冲数大于0且小于或等于M_pulse[t]，则从脉冲数组曲线中查找阶梯数N0及从速度参数数组曲线中查找对应的M_duty[N0]；发送控制指令至点去驱动装置120，使电机驱动装置120将电机当前的速度参数调整为M_duty[N0]，以控制电机130加速运转。若M_pulse[D]＞M_pulse[t]，从脉冲数组曲线中查找阶梯数N1及从速度参数数组曲线中查找对应的M_duty[N1]；发送控制指令至电机驱动装置120，使电机驱动装置120将电机130当前的速度参数调整为M_duty[N1]，以控制电机130减速运转至预设最低速度，其中，M_pulse[D]为当前脉冲数。

上述三位移液装置，通过电机驱动装置120分别连接控制器110和电机130，电机连接三维运动机构140；控制器110可通过获取的目标速度参数和与目标运动距离对应的目标脉冲数，根据目标速度参数、目标脉冲数以及预设的速度参数数组曲线和预设的脉冲数组曲线获取电机的运动控制模式，然后根据运动控制模式和当前脉冲数控制电机进行相应地运转，具体为：在运动控制模式为包含匀速模式时，参考当前脉冲数发送控制指令至电机驱动装置120，使电机驱动装置120控制电机130先加速到目标速度参数对应的速度、再以目标速度参数对应的速度匀速运转、最后减速运转；在运动控制模式为不含匀速模式时，参考当前脉冲数发送控制指令至电机驱动装置120，使电机驱动装置120控制电机130先加速运转后减速运转。一方面，可直接根据获取到的参数和预设的曲线进行分析控制电机的加减速运转，相比于现有的闭环控制，不需要进行复杂的反馈、调节和控制，控制方式简单，易于实现；另一方面，通过以上加减速控制可以实现平滑运动，机械噪声少、运动过程中的过冲少，从而精度高。

三维移液装置广泛应用于医疗器械产品，实现对检测样本的转移。在一实施例中，参考图9，三维移液装置还包括连接控制器110的上位机150、注射泵模块160、阀控制模块170和样本检测模块180，三维运动机构140上设有抽样针(图未示)，抽样针通过设有阀控制模块170的多通路管道连接注射泵模块160。

上位机150用于发送检测命令至控制器110和接收控制器110返回的检测数据。控制器110接收上位机150下发的命令控制其他模块实现需要的功能，同时把采样的检测数据返回给上位机150。注射泵模块160控制抽样针用于从孔板中吸取待检测的样本，同时也可以将抽样针中的样本推入样本检测模块180中。样本检测模块180用于检测推入的样本。阀控制模块170用于切换抽样针与注射泵模块160之间的吸取通路和推出管路。三维运动机构140通过丝杆与电机130相连，控制3个方向的运动，可以使抽样针在X、Y、Z轴方向移动到任意指定点。当三维运动机构140移动使抽样针移动到对应孔板的位置时，控制器110控制阀控制模块170选择吸取通路，同时控制注射泵模块160进行抽取，从而控制抽样针从孔板处吸取样本；然后三维运动机构140移动使抽样针移动到样本检测模块180的位置，此时控制器110控制阀控制模块170选择推出通路，同时控制注射泵模块160进行推出使抽样针中的样本到达样本检测模块180，由样本检测模块180对样本进行检测。

在一实施例中，电机130为无刷直流电机。无刷直流电机可以减少发热，减速温升，从而提高控制精度。可以理解，电机130也可以采用传统的三维移液装置所使用的步进电机。

在一实施例中，电机130还设有编码器(图未示)和霍尔传感器(图未示)，编码器连接控制器110，霍尔传感器连接电机驱动装置120。

霍尔传感器用于检测电机130的换相位置，编码器用于精准定位和判断电机130运动方向。通过采用设有编码器的电机130，可以降低丢步风险。

在一实施例中，电机驱动装置120包括前置驱动器(图未示)、功率开关管(图未示)和四路差动线路驱动器(图未示)，前置驱动器连接控制器110、功率开关管和四路差动线路驱动器，电机130连接功率开关管，四路差动线路驱动器连接霍尔传感器。

前置驱动器接收控制器110的控制指令，控制功率开关管输出预设的电压至电机130，从而驱动电机130运转。前置驱动器通过四路差动线路驱动器连接霍尔传感器。通过采用前置驱动器分别连接功率开关管和四路差动线路驱动器、功率开关管连接电机130、四路差动线路驱动器连接霍尔传感器，使得前置驱动器在控制驱动电机130的同时，可接收霍尔传感器的信号，提高检测的准确度。

本实施例中，参考图10，前置驱动器采用A4931芯片；功率开关管包括三个FDS8949；A4931芯片通过引脚GHA_1、引脚GHB_1、引脚GHC_1、引脚GLA_1、引脚GLB_1、引脚GLC_1、引脚SA_1、引脚SENSE_1连接三个FDS8949。可以理解，在其他实施例中，前置驱动器还可以采用其他型号的驱动芯片。

本实施例中，四路差动线路驱动器采用AM26LV31芯片，AM26LV31芯片将霍尔传感器的单端霍尔信号转换为A4931芯片需要的双端霍尔信号；A4931芯片通过引脚HA_1+、HA_1-、HB_1+、HB_1-、HC_1+、HC_1-连接AM26LV31芯片。图10中，Hall接口表示用于连接霍尔传感器的接口，且通过HA_1、HB_1、HC_1连接AM26LV31芯片；电机接口用于连接电机130，且通过SA_1、SB_1、SC_1连接功率开关管和A4931芯片。

在一实施例中，上述三维移液装置还包括多个光耦(图未示)，光耦连接控制器110，三维运动机构140包括三条运动路径，每一条运动路径上均间隔设置三个光耦。控制器110控制电机130复位时，控制器110根据光耦发送的信号检测三维运动机构140是否经过间隔设置的三个光耦中的第二个光耦，若是，则按照预设速度参数控制电机130减速运转。

如图11所示，光耦1于左极限位(圆点)进行检测，光耦2于右极限位进行检测，光耦3做辅助点进行检测。因为三维移液装置开机时没有记录XYZ轴电机130的绝对位置，因此，在XYZ轴复位到圆点时，很难给出具体的目标脉冲数，如果给定目标脉冲数大且目标速度参数(如目标占空比)大，电机130可能会以一个比较大的速度移动到光耦1的位置，复位误差交大。如果以小的目标速度参数运行，复位时间较长，增加了整个仪器的检测时间。如果目标脉冲数给定过小，则无法运动到光耦1的位置。通过采用3个光耦，增加中间的光耦作为辅助光耦，当三维运动机构140以较大步长和速度运行向左侧复位时，检测到光耦3的位置后再以最小速度参数对应的速度运行，这样同时保证了复位速度和复位精度。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

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。

Claims (9)

1.一种电机加减速控制方法，其特征在于，包括：

获取目标速度参数和目标运动距离，并根据所述目标运动距离和预设关系函数获取所述目标运动距离对应的目标脉冲数；所述目标速度参数是电机的最大速度对应的速度参数；

根据所述目标速度参数从预设的分别以阶梯数和速度参数为坐标轴的速度参数数组曲线中查找目标阶梯数，使所述目标速度参数大于或等于所述目标阶梯数对应的速度参数，且小于所述目标阶梯数的下一阶梯数对应的速度参数；

从预设的分别以阶梯数和脉冲数为坐标轴的脉冲数组曲线中查找与所述目标阶梯数对应的脉冲数得到参考脉冲数；

比较所述参考脉冲数与所述目标脉冲数的二分之一数值的大小；

若所述参考脉冲数小于所述目标脉冲数的二分之一数值，则设置电机的运动控制模式为包含匀速模式；

若所述参考脉冲数大于或等于所述目标脉冲数的二分之一数值，则设置所述电机的运动控制模式为不含匀速模式；

读取所述电机运转对应的当前脉冲数；

若所述运动控制模式为包含匀速模式，则根据所述当前脉冲数、所述目标脉冲数、所述脉冲数组曲线和所述速度参数数组曲线，控制所述电机先加速到所述目标速度参数对应的速度、再以所述目标速度参数对应的速度匀速运转、最后减速运转至预设最低速度；

若所述运动控制模式为不含匀速模式，则根据所述当前脉冲数、所述目标脉冲数、所述脉冲数组曲线和所述速度参数数组曲线，控制所述电机先加速运转后减速运转至所述预设最低速度。

2.根据权利要求1所述的电机加减速控制方法，其特征在于，所述获取目标速度参数和目标运动距离，并根据所述目标运动距离和预设关系函数获取所述目标运动距离对应的目标脉冲数，包括：

接收输入的目标速度参数、初始位置和目的位置；

获取与电机连接的丝杆从所述初始位置运动到所述目的位置所需移动的轨迹长度得到所述目标运动距离；

将所述目标运动距离代入所述预设关系函数，计算得到所述目标运动距离对应的目标脉冲数。

3.根据权利要求2所述的电机加减速控制方法，其特征在于，所述预设关系函数为：

M_pulse＝S*Pn*n0/S0；

其中，M_pulse为所述目标脉冲数，S为所述目标运动距离，Pn为预设的设于电机的编码器走一圈对应的脉冲数，n0为预设的所述丝杆与所述编码器的运动减速比，S0为预设的丝杆走一圈对应的位移。

4.根据权利要求1所述的电机加减速控制方法，其特征在于，所述根据所述当前脉冲数、所述目标脉冲数、所述脉冲数组曲线和所述速度参数数组曲线，控制所述电机先加速到所述目标速度参数对应的速度、再以所述目标速度参数对应的速度匀速运转、最后减速运转至预设最低速度，包括：

若当前脉冲数大于0且小于所述参考脉冲数，则从所述脉冲数组曲线中查找阶梯数N0，使满足M_pulse[N0]＜＝M_pulse[D]＜M_pulse[N0+1]，其中，M_pulse[D]为当前脉冲数，M_pulse[N0]为阶梯数N0对应的脉冲数，M_pulse[N0+1]为阶梯数N0的后一阶梯数对应的脉冲数；

从所述速度参数数组曲线中查找所述阶梯数N0对应的速度参数M_duty[N0]，并将所述电机当前的速度参数调整为M_duty[N0]，以控制所述电机加速运转；

若M_pulse[i]＜＝M_pulse[D]＜M_pulse[i+1]，将当前的速度参数调整为所述目标速度参数，以控制所述电机匀速运转，其中，i为所述目标阶梯数，M_pulse[i]为所述参考脉冲数，M_pulse[i+1]为所述脉冲数组曲线中所述目标阶梯数的后一阶梯数对应的脉冲数；

若(M_pulse-M_pulse[D])＜M_pulse[i+1]，则从脉冲数组曲线中查找阶梯数N1，使满足M_pulse[N1]＜＝M_pulse-M_pulse[D]＜M_pulse[N1]，其中，M_pulse为所述目标脉冲数，M_pulse[N1]为阶梯数N1对应的脉冲数，M_pulse[N1+1]为阶梯数N1的后一阶梯数对应的脉冲数；

从所述速度参数数组曲线中查找所述阶梯数N1对应的速度参数M_duty[N1]，并将所述电机当前的速度参数调整为M_duty[N1]，以控制所述电机减速运转至所述预设最低速度。

5.根据权利要求4所述的电机加减速控制方法，其特征在于，所述根据所述当前脉冲数、所述目标脉冲数、所述脉冲数组曲线和所述速度参数数组曲线，控制所述电机先加速运转后减速运转至所述预设最低速度，包括：

从所述脉冲数组曲线中查找阶梯数t，满足M_pulse[t]＜(1/2)*M_pulse＜M_pulse[t+1]，其中，M_pulse[t]为所述脉冲数组曲线中所述阶梯数t对应的脉冲数，M_pulse为所述目标脉冲数，M_pulse[t+1]为所述脉冲数组曲线中所述阶梯数t的后一阶梯数对应的脉冲数；

若当前脉冲数大于0且小于或等于M_pulse[t]，则从所述脉冲数组曲线中查找所述阶梯数N0及从所述速度参数数组曲线中查找对应的M_duty[N0]，将所述电机当前的速度参数调整为M_duty[N0]，以控制所述电机加速运转；

若M_pulse[D]＞M_pulse[t]，从所述脉冲数组曲线中查找所述阶梯数N1及从所述速度参数数组曲线中查找对应的M_duty[N1]，将所述电机当前的速度参数调整为M_duty[N1]，以控制所述电机减速运转至所述预设最低速度，其中，M_pulse[D]为当前脉冲数。

6.一种三维移液装置，其特征在于，包括控制器、三维运动机构、电机驱动装置和电机，所述电机驱动装置连接所述控制器且对应连接一个电机，所述电机连接三维运动机构；

所述控制器获取目标速度参数和目标运动距离，并根据所述目标运动距离和预设关系函数获取所述目标运动距离对应的目标脉冲数；根据所述目标速度参数从预设的分别以阶梯数和速度参数为坐标轴的速度参数数组曲线中查找目标阶梯数，使所述目标速度参数大于或等于所述目标阶梯数对应的速度参数，且小于所述目标阶梯数的下一阶梯数对应的速度参数；从预设的分别以阶梯数和脉冲数为坐标轴的脉冲数组曲线中查找与所述目标阶梯数对应的脉冲数得到参考脉冲数；比较所述参考脉冲数与所述目标脉冲数的二分之一数值的大小；若所述参考脉冲数小于所述目标脉冲数的二分之一数值，则设置电机的运动控制模式为包含匀速模式；若所述参考脉冲数大于或等于所述目标脉冲数的二分之一数值，则设置所述电机的运动控制模式为不含匀速模式；其中，所述目标速度参数是电机的最大速度对应的速度参数；

所述控制器读取所述电机运转对应的当前脉冲数，若所述运动控制模式为包含匀速模式，则所述控制器根据所述当前脉冲数、所述目标脉冲数、所述脉冲数组曲线和所述速度参数数组曲线，发送控制指令至所述电机驱动装置，使所述电机驱动装置控制所述电机先加速到所述目标速度参数对应的速度、再以所述目标速度参数对应的速度匀速运转、最后减速运转至预设最低速度，以带动所述三维运动机构先加速后匀速再减速；若所述运动控制模式为不含匀速模式，则所述控制器根据所述当前脉冲数、所述目标脉冲数、所述脉冲数组曲线和所述速度参数数组曲线，发送控制指令至所述电机驱动装置，使所述电机驱动装置控制所述电机先加速运转后减速运转至所述预设最低速度，以带动所述三维运动机构先加速后减速。

7.根据权利要求6所述的三维移液装置，其特征在于，所述电机还设有编码器和霍尔传感器，所述编码器连接所述控制器，所述霍尔传感器连接所述电机驱动装置。

8.根据权利要求7所述的三维移液装置，其特征在于，所述电机驱动装置包括前置驱动器、功率开关管和四路差动线路驱动器，所述前置驱动器连接所述控制器、所述功率开关管和所述四路差动线路驱动器，所述电机连接所述功率开关管，所述四路差动线路驱动器连接所述霍尔传感器。

9.根据权利要求6所述的三维移液装置，其特征在于，还包括多个光耦，所述光耦连接所述控制器，所述三维运动机构包括三条运动路径，每一条运动路径上均间隔设置三个光耦；

所述控制器控制所述电机复位时，所述控制器根据所述光耦发送的信号检测所述三维运动机构是否经过间隔设置的三个光耦中的第二个光耦，若是，则按照预设速度参数控制所述电机减速运转。