CN111162703A - 步进电机控制方法、装置及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种步进电机控制方法、装置及存储介质，属于电机控制技术领域，该方法包括：接收步进电机的控制信号，所述控制信号用于控制所述步进电机的开启或关闭；基于所述控制信号控制所述步进电机匀加速或匀减速运行；在所述步进电机的速度更新至目标速度时，控制所述步进电机以所述控制信号指示的方式工作；可以解决电机的瞬间开启和关闭出现丢步现象，导致的降低控制电机的准确度的问题；由于步进电机在开机过程中匀加速运行、在关机过程中匀减速运行，步进电机的开关过程存在速度变化的缓冲阶段，此时，步进电机不会产生较大的冲击，降低步进电机丢步的概率。

Description

步进电机控制方法、装置及存储介质
技术领域
本申请涉及一种步进电机控制方法、装置及存储介质，属于电机控制技术领域。
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，是现代数字程序控制系统中的主要执行元件，应用极为广泛。比如：应用在吹风机、风扇等电子设备中。
由于步进电机的瞬间开启和关闭会出现很大的冲撞，因此，可能会出现丢步现象。这样，会给步进电机的精细控制带来误差，导致降低控制电机的准确度的问题。
发明内容
本申请提供了一种步进电机控制方法、装置及存储介质，可以解决电机的瞬间开启和关闭会出现丢步现象，导致的降低控制电机的准确度的问题。本申请提供如下技术方案：
第一方面，提供了一种步进电机控制方法，所述方法包括：
接收步进电机的控制信号，所述控制信号用于控制所述步进电机的开启或关闭；
基于所述控制信号控制所述步进电机匀加速或匀减速运行；
在所述步进电机的速度更新至目标速度时，控制所述步进电机以所述控制信号指示的方式工作。
可选地，所述步进电机按照x相y拍方式运行，所述x为所述步进电机内部的线圈组数；所述y的取值基于所述步进电机的步距角和转子齿数确定。
可选地，所述基于所述控制信号控制所述步进电机匀加速或匀减速运行，包括：
计算不同拍之间的时间间隔；其中，在所述控制信号用于控制所述步进电机开启时，所述时间间隔随拍数的增大而减小；在所述控制信号用于控制所述步进电机关闭时，所述时间间隔随拍数的增大而增大；
按照所述时间间隔控制所述步进电机在当前拍的运动速度。
可选地，所述时间间隔通过下式计算：
Figure BDA0002376928640000021
Figure BDA0002376928640000022
Figure BDA0002376928640000023
其中，在所述控制信号用于控制所述步进电机开启时，所述n依次取1至z的整数，y0为起始时对应的预设时间间隔；在所述控制信号用于控制所述步进电机关闭时，所述n依次取z至1的整数；所述z为所述步进电机的速度达到最大速度时的拍数；vmin为所述步进电机的最小速度；vmax为所述步进电机的最大速度；k为所述步进电机的加速度值；m用于指示每次速度变化的大小。
可选地，所述在所述步进电机的速度更新至目标速度时，控制所述步进电机以所述控制信号指示的方式工作，包括：
在所述步进电机的速度更新至最大速度时，控制所述步进电机以恒定的时间间隔在不同拍之间运行，所述控制信号用于控制所述步进电机的开启；
或者，
在所述步进电机的速度更新至最小速度时，控制所述步进电机停止运行，所述控制信号用于控制所述步进电机的关闭。
可选地，所述x的值为4，所述y的值为8。
第二方面，提供了一种步进电机控制装置，所述装置包括：
信号接收模块，用于接收步进电机的控制信号，所述控制信号用于控制所述步进电机的开启或关闭；
第一控制模块，用于基于所述控制信号控制所述步进电机匀加速或匀减速运行；
第二控制模块，用于在所述步进电机的速度更新至目标速度时，控制所述步进电机以所述控制信号指示的方式工作。
第三方面，提供一种步进电机控制装置，所述装置包括处理器和存储器；所述存储器中存储有程序，所述程序由所述处理器加载并执行以实现第一方面所述的步进电机控制方法。
第四方面，提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有程序，所述程序由所述处理器加载并执行以实现第一方面所述的步进电机控制方法。
本申请的有益效果在于：通过接收步进电机的控制信号；基于控制信号控制步进电机匀加速或匀减速运行；在步进电机的速度更新至目标速度时，控制步进电机以控制信号指示的方式工作；可以解决电机的瞬间开启和关闭出现丢步现象，导致的降低控制电机的准确度的问题；由于步进电机在开机过程中匀加速运行、在关机过程中匀减速运行，步进电机的开关过程存在速度变化的缓冲阶段，此时，步进电机不会产生较大的冲击，降低步进电机丢步的概率。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本申请一个实施例提供的步进电机控制系统的结构示意图；
图2是本申请一个实施例提供的步进电机控制方法的流程图；
图3是本申请一个实施例提供的步进电机控制装置的框图；
图4是本申请一个实施例提供的步进电机控制装置的框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。
首先，对本申请涉及的若干名词进行解释。
步进电机的相数：是指步进电机内部的线圈组数。
步进电机的拍数：是指步进电机运行时每转一个齿距所需的脉冲数。
以2相4线步进电机为例，相数为2，假设转子齿数为50，步距角(每个步距角对应一个脉冲)是1.8°，则转子的齿距为：360°/50＝7.2°；拍数为：7.2°/1.8°＝4(拍)。换句话说，步进电机的每转一个齿距需要4个脉冲。
步进电机的丢步(或称步进电机失步)：是指步进电机没有按照指令到达期望位置的现象。
导致步进电机丢步的原因包括：步进电机起停过程中由于速度突变产生较大冲撞导致丢步。
为了避免步进电机产生丢步现象，本申请提供下述步进电机控控制方法。
图1是本申请一个实施例提供的步进电机控制系统的结构示意图，如图1所示，该系统至少包括：步进电机控制装置110和步进电机120。
步进电机控制装置110与步进电机120通信相连。
可选地，步进电机120按照x相y拍方式运行，x为步进电机内部的线圈组数；y的取值基于步进电机的步距角和转子齿数确定。比如：x为4，y为8，当然，x和y的取值也可以是其它数值，本实施例不对x和y的取值作限定。
在一个示例中，步进电机120使用4相5线式8拍的步进电机120，即：步进电机的转子按照下述相位运行：A-AB-B-BC-C-CD-D-DA。
步进电机控制装置110用于控制步进电机120的运行。比如：控制步进电机120的启动、速度和关闭。
可选地，步进电机控制装置110可以与步进电机120安装在同一设备中(比如：吹风机、风扇中)；或者，安装在不同设备中，本实施例不对步进电机控制装置110和步进电机120的安装方式作限定。
本申请中，步进电机控制装置110用于：接收步进电机的控制信号；基于控制信号控制步进电机匀加速或匀减速运行；在步进电机的速度更新至目标速度时，控制步进电机以控制信号指示的方式工作。
其中，控制信号用于控制步进电机的开启或关闭。
在一个示例中，控制信号用于控制步进电机120开启，步进电机控制装置110控制步进电机120匀加速运行；控制信号指示的方式为控制步进电机120正常运行。
在又一个示例中，控制信号用于控制步进电机120关闭，步进电机控制装置110控制步进电机120匀减速运行；控制信号指示的方式为控制步进电机120停机。
其中，控制信号是包括步进电机的电子设备接收到用户作用于开关按键上的控制操作时生成的。比如：包括步进电机的电子设备(如吹风机、风扇、电动工具、医疗器械等设备)上安装有开关按键、与开关按键相连的开关电路、与开关电路相连的步进电机控制装置110、以及与步进电机控制装置110相连的步进电机120。用户按压开关按键时，开关电路生成控制信号并将该控制信号发送至步进电机控制装置110，步进电机控制装置110接收到控制信号后对步进电机120进行控制。
图2是本申请一个实施例提供的步进电机控制方法的流程图，本实施例以该方法应用于图1所示的步进电机控制系统中，且各个步骤的执行主体为该系统中的步进电机控制装置110为例进行说明。该方法至少包括以下几个步骤：
步骤201，接收步进电机的控制信号，该控制信号用于控制步进电机的开启或关闭。
可选地，步进电机的控制信号是包括该步进电机的电子设备接收到用户作用于开关按键上的控制操作时生成的。
在步进电机处于开启状态时，控制信号用于控制步进电机关闭；在步进电机处于关闭状态时，控制信号用于控制步进电机开启。
在一个示例中，x的值为4，y的值为8。换句话说，步进电机使用4相5线式8拍的步进电机120，即：步进电机的转子按照下述相位运行：A-AB-B-BC-C-CD-D-DA。
步骤202，基于控制信号控制步进电机匀加速或匀减速运行。
在一个示例中，控制信号用于控制步进电机开启，此时，控制步进电机匀加速运行。由于步进电机匀加速运行，因此，步进电机在开启过程中存在速度变化的缓冲阶段，此时，步进电机不会产生较大的冲击，降低步进电机丢步的概率。
在又一个示例中，控制信号用于控制步进电机关闭，此时，控制步进电机匀减速运行。由于步进电机匀减速运行，因此，步进电机在关闭过程中存在速度变化的缓冲阶段，此时，步进电机不会产生较大的冲击，降低步进电机丢步的概率。
可选地，基于控制信号控制步进电机匀加速或匀减速运行的方式包括但不限于以下几种：
第一种：计算不同拍之间的时间间隔；按照时间间隔控制步进电机在当前拍的运动速度。其中，在控制信号用于控制步进电机开启时，时间间隔随拍数的增大而减小；在控制信号用于控制步进电机关闭时，时间间隔随拍数的增大而增大。
可选地，时间间隔通过下式计算：
Figure BDA0002376928640000061
Figure BDA0002376928640000062
Figure BDA0002376928640000063
其中，在控制信号用于控制步进电机开启时，n依次取1至z的整数，y0为起始时对应的预设时间间隔；在控制信号用于控制步进电机关闭时，n依次取z至1的整数；z为步进电机的速度达到最大速度时的拍数；vmin为步进电机的最小速度；vmax为步进电机的最大速度；k为步进电机的加速度值；m用于指示每次速度变化的大小。
其中，y0的取值、vmax和vmin的取值为设定的常数，比如：y0为7ms，vmax为55°/秒、vmin为10°/秒，本实施例不对各个参数的取值作限定。
第二种：获取拍数与时间间隔之间的对应关系；在该对应关系中确定当前的拍数对应的时间间隔；按照该时间间隔控制步进电机在当前拍的运动速度。其中，在控制信号用于控制步进电机开启时，时间间隔随拍数的增大而减小；在控制信号用于控制步进电机关闭时，时间间隔随拍数的增大而增大。
在上述方式中，按照时间间隔控制步进电机在当前拍的运动速度，包括：对于上一拍与当前拍之间对应的相位，在该时间间隔内控制步进电机从上一拍对应的相位匀加速或匀减速运行至当前拍对应的相位。
比如：按照第一种方式计算时间间隔，假设在步进电机开启过程中，初始的时间间隔y0为7ms、vmax为55°/秒、vmin为10°/秒。对于第1拍，k＝45、m＝10/(2×55)＝1/11；
Figure BDA0002376928640000071
此时，在y1时间间隔内，控制步进电机从相位A匀加速运行至相位AB。
步骤203，在步进电机的速度更新至目标速度时，控制步进电机以控制信号指示的方式工作。
可选地，在步进电机的速度更新至目标速度时，控制步进电机以控制信号指示的方式工作，包括：在步进电机的速度更新至最大速度时，控制步进电机以恒定的时间间隔在不同拍之间运行，控制信号用于控制步进电机的开启；或者，在步进电机的速度更新至最小速度时，控制步进电机停止运行，控制信号用于控制步进电机的关闭。
在控制信号用于控制步进电机的开启时，若步进电机的速度更新至最大速度，则说明步进电机已结束开启过程中的匀加速过程，此时，步进电机进入正常运行状态；在控制信号用于控制步进电机的关闭时，若步进电机的速度更新至最小速度，则说明步进电机已结束关闭过程中的匀减速过程，此时，步进电机停止运行，切断步进电机的电源以降低功耗。
综上所述，本实施例提供的步进电机控制方法，通过接收步进电机的控制信号；基于控制信号控制步进电机匀加速或匀减速运行；在步进电机的速度更新至目标速度时，控制步进电机以控制信号指示的方式工作；可以解决电机的瞬间开启和关闭会出现丢步现象，导致的降低控制电机的准确度的问题；由于步进电机在开机过程中匀加速运行、在关机过程中匀减速运行，步进电机的开关过程存在速度变化的缓冲阶段，此时，步进电机不会产生较大的冲击，降低步进电机丢步的概率。
图3是本申请一个实施例提供的步进电机控制装置的框图，本实施例以该装置应用于图1所示的步进电机控制系统中的步进电机控制装置110为例进行说明。该装置至少包括以下几个模块：信号接收模块310、第一控制模块320和第二控制模块330。
信号接收模块310，用于接收步进电机的控制信号，所述控制信号用于控制所述步进电机的开启或关闭；
第一控制模块320，用于基于所述控制信号控制所述步进电机匀加速或匀减速运行；
第二控制模块330，用于在所述步进电机的速度更新至目标速度时，控制所述步进电机以所述控制信号指示的方式工作。
相关细节参考上述方法实施例。
需要说明的是：上述实施例中提供的步进电机控制装置在进行步进电机控制时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将步进电机控制装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的步进电机控制装置与步进电机控制方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。
图4是本申请一个实施例提供的步进电机控制装置的框图，该装置可以是包含图1所示的步进电机控制系统中的步进电机控制装置110的电子设备，比如：吹风机、风扇(摇头风扇)、电动工具、智能手机等，本实施例对此不作限定。该装置至少包括处理器401和存储器402。
处理器401可以包括一个或多个处理核心，比如：4核心处理器、8核心处理器等。处理器401可以采用DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)、FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、PLA(Programmable Logic Array，可编程逻辑阵列)中的至少一种硬件形式来实现。处理器401也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称CPU(Central ProcessingUnit，中央处理器)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。
存储器402可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器402还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。在一些实施例中，存储器402中的非暂态的计算机可读存储介质用于存储至少一个指令，该至少一个指令用于被处理器401所执行以实现本申请中方法实施例提供的步进电机控制方法。
在一些实施例中，步进电机控制装置还可选包括有：外围设备接口和至少一个外围设备。处理器401、存储器402和外围设备接口之间可以通过总线或信号线相连。各个外围设备可以通过总线、信号线或电路板与外围设备接口相连。示意性地，外围设备包括但不限于：射频电路、触摸显示屏、音频电路、和电源等。
当然，步进电机控制装置还可以包括更少或更多的组件，本实施例对此不作限定。
可选地，本申请还提供有一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有程序，所述程序由处理器加载并执行以实现上述方法实施例的步进电机控制方法。
可选地，本申请还提供有一种计算机产品，该计算机产品包括计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有程序，所述程序由处理器加载并执行以实现上述方法实施例的步进电机控制方法。
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申请的几种实施方式，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，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种步进电机控制方法，其特征在于，所述方法包括：
接收步进电机的控制信号，所述控制信号用于控制所述步进电机的开启或关闭；
基于所述控制信号控制所述步进电机匀加速或匀减速运行；
在所述步进电机的速度更新至目标速度时，控制所述步进电机以所述控制信号指示的方式工作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步进电机按照x相y拍方式运行，所述x为所述步进电机内部的线圈组数；所述y的取值基于所述步进电机的步距角和转子齿数确定。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述控制信号控制所述步进电机匀加速或匀减速运行，包括：
计算不同拍之间的时间间隔；其中，在所述控制信号用于控制所述步进电机开启时，所述时间间隔随拍数的增大而减小；在所述控制信号用于控制所述步进电机关闭时，所述时间间隔随拍数的增大而增大；
按照所述时间间隔控制所述步进电机在当前拍的运动速度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述时间间隔通过下式计算：
Figure FDA0002376928630000011
Figure FDA0002376928630000012
Figure FDA0002376928630000013
其中，在所述控制信号用于控制所述步进电机开启时，所述n依次取1至z的整数，y0为起始时对应的预设时间间隔；在所述控制信号用于控制所述步进电机关闭时，所述n依次取z至1的整数；所述z为所述步进电机的速度达到最大速度时的拍数；vmin为所述步进电机的最小速度；vmax为所述步进电机的最大速度；k为所述步进电机的加速度值；m用于指示每次速度变化的大小。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在所述步进电机的速度更新至目标速度时，控制所述步进电机以所述控制信号指示的方式工作，包括：
在所述步进电机的速度更新至最大速度时，控制所述步进电机以恒定的时间间隔在不同拍之间运行，所述控制信号用于控制所述步进电机的开启；
或者，
在所述步进电机的速度更新至最小速度时，控制所述步进电机停止运行，所述控制信号用于控制所述步进电机的关闭。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述x的值为4，所述y的值为8。
7.一种步进电机控制装置，其特征在于，所述装置包括：
信号接收模块，用于接收步进电机的控制信号，所述控制信号用于控制所述步进电机的开启或关闭；
第一控制模块，用于基于所述控制信号控制所述步进电机匀加速或匀减速运行；
第二控制模块，用于在所述步进电机的速度更新至目标速度时，控制所述步进电机以所述控制信号指示的方式工作。
8.一种步进电机控制装置，其特征在于，所述装置包括处理器和存储器；所述存储器中存储有程序，所述程序由所述处理器加载并执行以实现如权利要求1至6任一项所述的步进电机控制方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有程序，所述程序被处理器执行时用于实现如权利要求1至6任一项所述的步进电机控制方法。
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