CN111510032A - 一种步进电机去抖动的方法 - Google Patents

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谢安国
孟林
顾松
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P8/00—Arrangements for controlling dynamo-electric motors of the kind having motors rotating step by step
    • H02P8/32—Reducing overshoot or oscillation, e.g. damping

Abstract

本发明公开一种步进电机去抖动的方法，步进电机在减速阶段的前三分之二路程以恒速运行，在减速阶段的后三分之一路程才减速至零，步进电机在后三分之一路程开始迅速减速直至停止，实质减速时间短、减速幅度大，使得负载在停止时刻的抖动时间短、抖动幅度小，能达到优质的去抖动效果，保障产品的稳定性。

Description

一种步进电机去抖动的方法
技术领域
本发明涉及步进电机技术领域，具体涉及一种步进电机去抖动的方法。
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，广泛应用于汽车、机器、电器等产品。步进驱动器根据接收的脉冲信号驱动步进电机按设定的方向转动一定角度，可通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而实现准确定位，可通过控制脉冲频率来控制步进电机转动的速度和加速度，从而实现调速。
步进电机通过转动带动负载运动，负载运动时存在惯性，步进电机的转速越大，负载运动时的惯性越大，步进电机停止转动时负载便会产生抖动，导致产品稳定性差。现有技术在步进电机停止转动环节的负载去抖动方法，给出的措施是提前减速至停止，但未给出具体的减速方法，而实践证明，“恒速减速至停止”的具体实现方式非常影响去抖动的效果。
发明内容
本发明提供一种步进电机去抖动的方法，解决现有步进电机存在的未能通过改进减速方法来提高去抖动效果的问题。
本发明通过以下技术方案解决技术问题：
一种步进电机去抖动的方法，步进电机驱动器接收到减速指令后，步进电机在减速阶段的0至
Figure BDA0002469428980000011
路程内以恒速运行，步进电机在减速阶段的
Figure BDA0002469428980000012
至终点的路程内减速至0。
进一步地，步进电机驱动器接收到减速指令后，步进电机在减速阶段的0至
Figure BDA0002469428980000013
路程内以恒速运行，步进电机在减速阶段的
Figure BDA0002469428980000014
至终点的路程内减速至0。
进一步地，步进电机驱动器在步进电机转动期间不查询和执行新命令，步进电机驱动器仅在执行完毕减速指令后、步进电机减速至0且停止转动后的空闲期间才查询和执行新命令。
进一步地，以6个脉冲为减速阶段的路程，则步进电机在减速阶段的第1-4个脉冲的路程内以恒速运行；步进电机在减速阶段的第4-5个脉冲的路程内以低于恒速的第一速度运行，所述第一速度在第4-5个脉冲的路程内逐渐减小；步进电机在减速阶段的第5-6个脉冲的路程内以低于第一速度的第二速度运行，所述第二速度在第5-6个脉冲的路程内逐渐减小到零。
进一步地，所述恒速小于或等于所述步进电机稳定运行的最大速度。
进一步地，步进电机在减速阶段实际所使用的时间小于或等于预设的减速时间。
进一步地，在一个转动周期内，步进电机驱动器在接收到加速指令后，步进电机根据启动频率按线性加速至恒速，步进电机以恒速运行直至接收到减速指令。
与现有技术相比，具有如下特点：
1、步进电机在减速阶段的前三分之二路程以恒速运行，在减速阶段的后三分之一路程才减速至零，步进电机在后三分之一路程开始迅速减速直至停止，步进电机的实质减速时间短、减速幅度大，使得负载在停止时刻的抖动时间短、抖动幅度小，能达到优质的去抖动效果；
2、步进电机驱动器在步进电机转动期间不查询和执行新命令，步进电机驱动器仅在执行完毕减速指令后、步进电机减速至0且停止转动后的空闲期间才查询和执行新命令，即，步进电机驱动器在步进电机的加速、恒速、减速阶段均不查询、执行新命令，避免出现加速与加速、加速与恒速、加速与减速、恒速与减速这类2个指令的叠加，也避免出现加速、恒速、减速这类3个指令的叠加，从而避免引发不必要的抖动，以保证去抖动效果。
附图说明
图1为本发明在减速阶段的去抖动方法的流程图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。
负载在步进电机转动的带动下运动，由于运动的负载存在惯性，步进电机停止转动时，负载停止运动，此时负载会产生抖动，步进电机转速越大，负载停止时产生的抖动越大、抖动时间越长。因此，为了提高产品的稳定性，本发明通过改进步进电机减速阶段的减速方法来减小负载的抖动。
本发明提供的一种步进电机去抖动的方法为：步进电机驱动器接收到减速指令后，步进电机在减速阶段的0至
Figure BDA0002469428980000031
路程内以恒速运行，步进电机在减速阶段的
Figure BDA0002469428980000032
至终点的路程内减速至0。
更进一步地，步进电机驱动器接收到减速指令后，步进电机在减速阶段的0至
Figure BDA0002469428980000033
路程内以恒速运行，步进电机在减速阶段的
Figure BDA0002469428980000034
至终点的路程内减速至0。本发明相应地给出如图1所示的流程图：在恒速运行阶段，步进电机驱动器查询是否接收到减速指令，当接收到减速指令时，此时步进电机已经以恒速转动了(n-k)个脉冲数，其中，n为步进电机在加速、恒速、减速这三个阶段的总脉冲数，k为减速阶段的脉冲数，此后，步进电机仍以恒速转动
Figure BDA0002469428980000035
个脉冲数，并在最后的
Figure BDA0002469428980000036
对应的路程内将速度减至0，当没有接收到减速指令时，则继续查询等待减速指令。
以k为6阐述本发明的减速方法：步进电机在减速阶段的第1-4个脉冲的路程内以恒速运行；步进电机在减速阶段的第4-5个脉冲的路程内以低于恒速的第一速度运行，所述第一速度在第4-5个脉冲的路程内逐渐减小；步进电机在减速阶段的第5-6个脉冲的路程内以低于第一速度的第二速度运行，所述第二速度在第5-6个脉冲的路程内逐渐减小到零。
本发明的实验过程是：以6个脉冲为1个转动周期，不同的步进电机可根据其自身的转动性能使用不用的转动周期，在每个转动周期结束的地方利用示波器和光电转换仪抓取负载的波形，通过观察波形的抖动幅度和时间，选出波形抖动最小的减速数据，由于步进电机的转速越小，负载的运动就惯性越小，负载停止运动时产生的抖动也就越小，因此可通过调整减速阶段的转速和时间点来获取最小抖动的减速方法，不停调整减速时间点和减速范围，并通过示波器获取波形，最优波形的减速时间点和减速范围对应的减速方法便是减速阶段去抖动效果最好的方法。本发明通过大量的实验数据最终得出，“步进电机在减速阶段的前三分之二路程以恒速运行，步进电机在减速阶段的后三分之一路程减速至零”的减速方法可以得到负载抖动最小的波形。
以MKT步进电机为例进行分析，MKT步进电机的步进角度为1.8°，每给一个脉冲，步进电机转动1.8°，6个脉冲对应10.8°。本发明在每个10.8°处采集负载的波形，通过观察波形可发现，当步进电机的恒定运行速度超过1.6ms/步时，步进电机走6步后的实际转动角度偏离10.8°，且恒速越大，偏差越大，因此，本发明进行后续分析时，将恒速设为1.6ms/步，即，所述恒速小于或等于所述步进电机稳定运行的最大速度。
在MKT步进电机的分析中，步进电机经过第4个脉冲(7.2°)时开始减速，直至第5个脉冲(9.0°)来临，第5个脉冲(9.0°)来临时继续减速，并在第6个脉冲(10.8°)来临前减速至0，利用示波器采集负载波形图得到：6个脉冲的耗时约为10ms，抖动幅度约为300mV并逐渐减小，抖动时间约为20ms；无减速动作下，6个脉冲的耗时约为10ms，抖动幅度约为450mV并缓慢减小，抖动时间约为35ms。通过比较可知，本技术方案的抖动幅度减小了33％，抖动时间减小了43％，本技术方案的去抖动效果更优。
步进电机在经过路程(10.8°)的三分之二处开始减速，记恒速为V0(ms/步)，第一速度为V1(ms/步)，第二速度为V2(ms/步)，则减速阶段的耗时t可大致记为t＝V0*4+V1*1+V2*1。每个步进电机停止运行的时间均是限定的，即存在一个预设的减速时间，本发明中，步进电机在减速阶段实际所使用的时间t应小于或等于预设的减速时间。
进一步地，步进电机驱动器在步进电机转动期间不查询和执行新命令，步进电机驱动器仅在执行完毕减速指令后、步进电机减速至0且停止转动后的空闲期间才查询和执行新命令，从而避免因指令叠加引发不必要的抖动，保障产品的稳定性。其中，新命令是指本转动周期之外的新的转动周期的加速指令、恒速指令以及减速指令。
在一个转动周期内，步进电机驱动器在接收到加速指令后，步进电机根据启动频率按线性加速至恒速，步进电机以恒速运行直至接收到减速指令。

Claims (7)

1.一种步进电机去抖动的方法，其特征在于：
步进电机驱动器接收到减速指令后，步进电机在减速阶段的0至
Figure FDA0002469428970000011
路程内以恒速运行，步进电机在减速阶段的
Figure FDA0002469428970000012
至终点的路程内减速至0。
2.根据权利要求1所述的一种步进电机去抖动的方法，其特征在于：
步进电机驱动器接收到减速指令后，步进电机在减速阶段的0至
Figure FDA0002469428970000013
路程内以恒速运行，步进电机在减速阶段的
Figure FDA0002469428970000014
至终点的路程内减速至0。
3.根据权利要求1所述的一种步进电机去抖动的方法，其特征在于：
步进电机驱动器在步进电机转动期间不查询和执行新命令，步进电机驱动器仅在执行完毕减速指令后、步进电机减速至0且停止转动后的空闲期间才查询和执行新命令。
4.根据权利要求2所述的一种步进电机去抖动的方法，其特征在于：以6个脉冲为减速阶段的路程，则步进电机在减速阶段的第1-4个脉冲的路程内以恒速运行；步进电机在减速阶段的第4-5个脉冲的路程内以低于恒速的第一速度运行，所述第一速度在第4-5个脉冲的路程内逐渐减小；步进电机在减速阶段的第5-6个脉冲的路程内以低于第一速度的第二速度运行，所述第二速度在第5-6个脉冲的路程内逐渐减小到零。
5.根据权利要求1所述的一种步进电机去抖动的方法，其特征在于：所述恒速小于或等于所述步进电机稳定运行的最大速度。
6.根据权利要求1所述的一种步进电机去抖动的方法，其特征在于：步进电机在减速阶段实际所使用的时间小于或等于预设的减速时间。
7.根据权利要求1所述的一种步进电机去抖动的方法，其特征在于：
在一个转动周期内，步进电机驱动器在接收到加速指令后，步进电机根据启动频率按线性加速至恒速，步进电机以恒速运行直至接收到减速指令。
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