CN113098340B - 修正步进电机转角偏移的精准定位控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

修正步进电机转角偏移的精准定位控制系统及控制方法，涉及精准控制步进电机转角定位的技术领域，解决现有技术导致步进电机驱动器及步进电机持续发热，增加了功耗，降低了两者的使用寿命，最终导致两者的失控或损坏等问题。本发明通过控制单元利用磁编码器对步进电机转角位置进行识别，实时监测步进电机在运动过程中所处的转角位置，并通过对磁编码器传回的数据进行运算，向步进电机驱动器发出指令，最终实现对其调整转动速度、精准定位和修正转角偏移的闭环控制。本发明降低步进电机驱动器及步进电机发热量，减少了功耗、延长两者的使用寿命，降低两者的失控或损坏的目的。

Description

修正步进电机转角偏移的精准定位控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及精准控制步进电机转角定位的技术领域，具体涉及一种修正步进电机偏移的精准定位控制系统及方法。

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，且仅具有周期性而无累积性的误差的开环控制元件。在非超载条件下，步进电机的停止位置、转速只取决于电脉冲数、电脉冲信号频率，而不受负载变化的影响；所以，用步进电机来实现精准的转角定位和定速控制就很容易。

步进电机驱动器可以实现步进电机的启停、正反转和调速等运动控制；磁编码器可以对步进电机转角位置进行识别，能够实时监测步进电机在运动过程中所处的位置；控制单元能够通过运算磁编码器监测到的步进电机转角数据，实现对步进电机调整转动速度、精准定位和修正转角偏移的闭环控制。

但是，常规的控制是当步进电机到达预置转角停止后，步进电机驱动器会为步进电机提供静态电流，以维持步进电机停在当前位置不动，这样就导致步进电机驱动器及步进电机持续发热，增加了功耗，降低了两者的使用寿命，严重时可能导致两者的失控或损坏等问题。

发明内容

本发明为解决现有技术导致步进电机驱动器及步进电机持续发热，增加了功耗，降低了两者的使用寿命，最终导致两者的失控或损坏等问题；提供一种修正步进电机转角偏移的精准定位控制系统及控制方法。

修正步进电机转角偏移的精准定位控制系统，包括控制单元、步进电机、步进电机驱动器和磁编码器，

所述控制单元利用磁编码器对步进电机转角位置进行识别，实时监测步进电机在控制过程中所处的转角位置；当控制单元收到步进电机新的预置转角位置，或由于机械结构的固有形变及外界应力引起步进电机的转角位置偏移时，对磁编码器传回的步进电机转角位置数据进行运算，向步进电机驱动器发出指令，控制步进电机的启停、正反转和调速运动，实现对步进电机的精准定位、修正偏移以及调整转动速度的控制。

修正步进电机转角偏移的精准定位控制方法，该方法由以下步骤实现：

步骤一、系统上电后，检查控制单元、磁编码器、步进电机驱动器及步进电机是否无故障，如果是，将所述控制单元、磁编码器、步进电机驱动器及步进电机的故障信息标志位置0，并初始化步进电机转角位置，步进电机不抱死；执行步骤二；如果否，将所述控制单元、磁编码器、步进电机驱动器及步进电机的故障信息标志位置1；执行步骤二；

步骤二、查询磁编码器、步进电机驱动器及步进电机故障信息标志位是否已置1，如果是，步进电机抱死，控制单元根据相应的置位标志状态，重复执行提示相应的故障信息10次后，结束；如果否，执行步骤三；

步骤三、上位机向所述控制单元发出步进电机转角数据指令，判断所述控制单元是否获得新预置转角数据，如果是，将修偏计数值清0，执行步骤四；如果否，执行步骤六；

步骤四、判断磁编码器是否无故障，如果是，执行步骤五；如果否，将磁编码器故障信息标志位置1，步进电机抱死；执行步骤二；

步骤五、判断预置转角是否在5至250之间，如果是，执行至预置转角数据位置后，步进电机不抱死；当步进电机在运动1000步后，没有到达预置转角数据的位置，则将步进电机故障信息标志位置1，返回执行步骤二；如果否，执行至预置转角数据位置后，步进电机抱死，将步进电机故障信息标志位置0，当步进电机在运动1000步后，没有到达预置转角数据位置，则将步进电机故障信息标志位置1，执行步骤二；

步骤六、判断磁编码器、步进电机驱动器及步进电机故障信息标志位为0，且5<预置角度<250以及且修偏计数<3次，如果是，执行步骤七；如果否，步进电机抱死，将步进电机故障信息标志位置0；返回执行步骤二；

步骤七、判断磁编码功能是否正常，如果是，执行步骤八；如果否，将磁编码器故障信息标志位置1，步进电机抱死，将步进电机故障信息标志位置0；返回执行步骤二；

步骤八、判断步进电机转角定位是否偏移，如果是，修偏步进电机，修偏计数值加1，返回执行步骤二；如果否，返回执行步骤二。

本发明的有益效果：

本发明所述的修正步进电机转角偏移的精准定位控制系统及控制方法，使修正步进电机在工作环境中，非意愿因素(由于结构应力或机械结构的固有形变等)的转角定位发生偏移；通过对磁编码器传回的数据进行运算，向步进电机驱动器发出指令，最终实现对其调整转动速度、精准定位和修正转角偏移的闭环控制。

本发明所述控制方法减少了步进电机驱动器为步进电机在到达预置转角位置后提供的静态电流的输入机会，降低步进电机驱动器及步进电机发热量，减少了功耗、延长两者的使用寿命，降低两者的失控或损坏的目的。

本发明所述的修正步进电机转角偏移的精准定位控制系统中，设置了自检和故障信息提示系统，在每次开机时对控制单元、编码器、步进电机驱动器和步进电机及所有连接线进行自检，当出现故障时，会提示故障信息；在正常工作中，整个控制系统中出现故障时，也会提示故障信息。

附图说明

图1为本发明所述的一种修正步进电机转角偏移的精准定位控制系统的原理框图；

图2为本发明所述的修正步进电机转角偏移的精准定位控制方法的流程图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1说明本实施方式，一种修正步进电机转角偏移的精准定位控制系统，包括控制单元、步进电机、步进电机驱动器和磁编码器，将360°的圆周进行256等分，范围是0-255个角度；所述控制单元利用磁编码器对步进电机转角位置进行识别，实时监测步进电机在运动过程中所处的位置，并对磁编码器传回的数据进行运算，向步进电机驱动器发出指令控制步进电机的启停、正反转和调速等运动，最终实现对其精准定位、转动速度调整的闭环控制，使步进电机到达预置的定位角度。

本实施方式中，步进电机处于非抱死状态时，控制单元利用磁编码器对步进电机转角位置进行实时监测识别，当步进电机转角发生偏移时，控制单元通过运算后向步进电机驱动器发出指令，控制步进电机修偏至之前的转角位置。

本实施方式中，选择0-5和250-255角度为正常控制角度；正常控制角度为步进电机转到位置后，控制单元向步进电机驱动器发出指令，持续地为步进电机提供静态电流，使步进电机处于抱死状态。但由于这个范围的角度应用较少，所以，步进电机很少处于此状态，即排除步进电机及驱动器发热的情况；

选择6-249角度为控制角度；控制角度为步进电机转到位置后，控制单元向步进电机驱动器发出指令，停止为步进电机提供静态电流，使步进电机处于非抱死状态。由于没有静态电流的存在，所以，步进电机及步进电机驱动器根本不会发热。

本实施方式中，当控制单元对步进电机执行3次修偏操作之后，通过步进电机驱动器对步进电机进行正常控制，为步进电机提供静态电流抱死步进电机，由于本系统中采用了同步同心的结构，加之，伴随着整个系统的长时间使用老化磨合后，这些个别的偏移角度会呈减少的趋势，所以，步进电机及步进电机驱动器会大大降低发热概率。

本实施方式中，还设置了较完备的自检和故障信息提示系统，如：在每次开机时对控制单元、编码器、步进电机驱动器和步进电机及所有连接线进行自检，当出现故障时，会提示故障信息；在正常工作中，整个控制系统中出现故障时，也会提示故障信息。

具体实施方式二、结合图2说明本实施方式，本实施方式为采用具体实施方式一所述的修正步进电机转角偏移的精准定位控制系统的控制方法，该方法在系统初始化时，检查控制单元、磁编码器、步进电机驱动器及步进电机是否故障，将对应控制单元、磁编码器、步进电机驱动器及步进电机故障信息位置位；具体方法如下：

步骤一、系统上电后，检查控制单元、磁编码器、步进电机驱动器及步进电机是否无故障，如果是，将所述控制单元、磁编码器、步进电机驱动器及步进电机的故障信息标志位置0，并初始化步进电机转角位置，步进电机不抱死；执行步骤二；如果否，将所述控制单元、磁编码器、步进电机驱动器及步进电机的故障信息标志位置1；执行步骤二；

步骤二、查询磁编码器、步进电机驱动器及步进电机故障信息标志位是否已置1，如果是，步进电机抱死，控制单元根据相应的置位标志状态，重复执行提示相应的故障信息10次后，结束；如果否，执行步骤三；

步骤三、上位机向所述控制单元发出步进电机转角数据指令，判断所述控制单元是否获得新预置转角数据，如果是，将修偏计数值清0，执行步骤四；如果否，执行步骤六；

步骤四、判断磁编码器是否无故障，如果是，执行步骤五；如果否，将磁编码器故障信息标志位置1，步进电机抱死；执行步骤二；

步骤五、判断预置转角是否在5至250之间，如果是，执行至预置转角数据位置后，步进电机不抱死；当步进电机在运动1000步后，没有到达预置转角数据的位置，则将步进电机故障信息标志位置1，返回执行步骤二；如果否，执行至预置转角数据位置后，步进电机抱死，将步进电机故障信息标志位置0，当步进电机在运动1000步后，没有到达预置转角数据位置，则将步进电机故障信息标志位置1，执行步骤二；

步骤六、判断磁编码器、步进电机驱动器及步进电机故障信息标志位为0，且5<预置角度<250以及且修偏计数<3次，如果是，执行步骤七；如果否，步进电机抱死，将步进电机故障信息标志位置0；返回执行步骤二；

步骤七、判断磁编码功能是否正常，如果是，执行步骤八；如果否，将磁编码器故障信息标志位置1，步进电机抱死，将步进电机故障信息标志位置0；返回执行步骤二；

步骤八、判断步进电机转角定位是否偏移，如果是，修偏步进电机，修偏计数值加1，返回执行步骤二；如果否，返回执行步骤二。

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 (2)

1.修正步进电机转角偏移的精准定位控制系统，包括控制单元、步进电机、步进电机驱动器和磁编码器，其特征是：

所述控制单元利用磁编码器对步进电机转角位置进行识别，实时监测步进电机在控制过程中所处的转角位置；当控制单元收到步进电机新的预置转角位置，或由于机械结构的固有形变及外界应力引起步进电机的转角位置偏移时，对磁编码器传回的步进电机转角位置数据进行运算，向步进电机驱动器发出指令，控制步进电机的启停、正反转和调速运动，实现对步进电机的精准定位、修正偏移以及调整转动速度的控制；

采用所述修正步进电机转角偏移的精准定位控制系统进行控制的具体过程为：

步骤一、系统上电后，检查控制单元、磁编码器、步进电机驱动器及步进电机是否无故障，如果是，将所述控制单元、磁编码器、步进电机驱动器及步进电机的故障信息标志位置0，并初始化步进电机转角位置，步进电机不抱死；执行步骤二；如果否，将所述控制单元、磁编码器、步进电机驱动器及步进电机的故障信息标志位置1；执行步骤二；

步骤二、查询磁编码器、步进电机驱动器及步进电机故障信息标志位是否已置1，如果是，步进电机抱死，控制单元根据相应的置位标志状态，重复执行提示相应的故障信息10次后，结束；如果否，执行步骤三；

步骤三、上位机向所述控制单元发出步进电机转角数据指令，判断所述控制单元是否获得新预置转角数据，如果是，将修偏计数值清0，执行步骤四；如果否，执行步骤六；

步骤四、判断磁编码器是否无故障，如果是，执行步骤五；如果否，将磁编码器故障信息标志位置1，步进电机抱死；执行步骤二；

步骤五、判断预置转角是否在5至250之间，如果是，执行至预置转角数据位置后，步进电机不抱死；当步进电机在运动1000步后，没有到达预置转角数据的位置，则将步进电机故障信息标志位置1，返回执行步骤二；如果否，执行至预置转角数据位置后，步进电机抱死，将步进电机故障信息标志位置0，当步进电机在运动1000步后，没有到达预置转角数据位置，则将步进电机故障信息标志位置1，执行步骤二；

步骤六、判断磁编码器、步进电机驱动器及步进电机故障信息标志位为0，且5<预置角度<250以及且修偏计数<3次，如果是，执行步骤七；如果否，步进电机抱死，将步进电机故障信息标志位置0；返回执行步骤二；

步骤七、判断磁编码功能是否正常，如果是，执行步骤八；如果否，将磁编码器故障信息标志位置1，步进电机抱死，将步进电机故障信息标志位置0；返回执行步骤二；

步骤八、判断步进电机转角定位是否偏移，如果是，修偏步进电机，修偏计数值加1，返回执行步骤二；如果否，返回执行步骤二。

2.根据权利要求1所述的修正步进电机转角偏移的精准定位控制系统，其特征在于：还包括自检和故障信息提示系统，所述自检和故障信息提示系统用于在每次开机时对控制单元、磁编码器、步进电机驱动器和步进电机及所有连接线进行自检，当出现故障时，发出提示故障信息；在系统正常工作中，整个控制系统中出现故障时，发出提示故障信息。

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