CN113472244A - 步进电机的控制方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种步进电机的控制方法、装置、设备及存储介质，包括：获取步进电机的转子磁极角，根据转子磁极角确定步进电机的定子电流相位角；根据定子电流相位角和给定电流幅值确定控制相电流；获取控制相电流与步进电机的实际相电流的电流偏差，并对电流偏差进行PI运算得到步进电机的控制电压；根据预设规则对控制电压进行PWM调制获得输出电压，并根据输出电压控制步进电机运行，本发明是通过步进电机的相电流和实际电流确定电流偏差，对电流偏差进行PI运算得到控制电压，对控制电压进行PWM调制后输出控制步进电机运行，解决了现有技术中步进电机控制精度差的技术问题，实现了步进电机的闭环控制，提高了步进电机的控制精度。

Description

步进电机的控制方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种步进电机的控制方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

目前常用的五相步进电机驱动器都是开环控制的，这种五相开环驱动系统主要由驱动器接收给定信号来控制电机转动。

开环五相开环驱动系统控制电机转动的速度和位置完全由给定信号决定，驱动器无法检测电机实际运行的速度和位置，没法得出电机转动的电角度，不能实现电流相位角闭环控制，驱动器只能由给定的电角度进行开环控制，给定的电角度无法保证电机最大的出力，因此这种五相开环驱动系统会存在丢步的缺点，并且电机的加减速性能差、精度较差。

开环五相开环驱动系统进行控制时电流一般都是给的固定电流幅值，无法针对负载和加减速状态进行实时调节，因此这种五相开环驱动系统控制会存在电机容易发烫。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供了一种步进电机的控制方法、装置、设备及存储介质，旨在解决现有技术中步进电机控制精度差的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种步进电机的控制方法，所述方法包括以下步骤:

获取步进电机的转子磁极角，根据所述转子磁极角确定所述步进电机的定子电流相位角；

根据所述定子电流相位角和所述步进电机对应的给定电流幅值确定控制相电流；

获取所述控制相电流与所述步进电机的实际相电流的电流偏差，并对所述电流偏差进行PI运算得到所述步进电机的控制电压；

根据预设规则对所述控制电压进行PWM调制获得输出电压，并根据所述输出电压控制所述步进电机运行。

可选地，所述获取步进电机的转子磁极角，根据所述转子磁极角确定所述步进电机的定子电流相位角步骤之前，所述方法还包括：

获取步进电机的当前电机转子位置，根据给定电机转子位置和所述当前电机转子位置确定电机转子位置偏差；

获取所述步进电机的实际转速，根据给定电机转速和所述实际转速确定电机的转速偏差；

根据所述电机转子位置偏差和所述速度偏差确定所述步进电机的控制电流的给定电流幅值。

可选地，所述获取步进电机的转子磁极角，根据所述转子磁极角确定所述步进电机的定子电流相位角，包括：

获取步进电机的转子磁极角、实际转速、基波平面电感和电阻；

在所述电机正向电动运行或反向制动运行时，根据所述转子磁极角、所述实际转速、所述基波平面电感和所述电阻，通过第一预设公式确定所述电机的定子电流相位角；

其中，所述第一预设公式为：

式中，θ^* _i为定子电流相位角，θ_r为转子磁极角，ω为实际转速，L_s1为基波平面电感，R_s为电阻。

可选地，所述获取步进电机的转子磁极角、实际转速、基波平面电感和电阻步骤之后，所述方法还包括：

在所述电机正向制动运行或反向电动运行时，根据所述转子磁极角、所述实际转速、所述基波平面电感和所述电阻，通过第二预设公式确定所述电机的定子电流相位角；

其中，所述第二预设公式为：

式中，θ^* _i为定子电流相位角，θ_r为转子磁极角，ω为电机的实际转速，L_s1为基波平面电感，R_s为电机的电阻。

可选地，所述获取步进电机的转子磁极角，根据所述转子磁极角确定所述步进电机的定子电流相位角步骤之前，所述方法还包括：

采集步进电机在静止坐标系下的静止相电流；

利用预设正交变换矩阵将所述静止相电流进行坐标变换至αβ静止坐标系，所述αβ静止坐标系下的相电流为αβ相电流；

利用预设旋转变换矩阵将所述αβ相电流进行坐标变换至dq旋转坐标系，所述dq旋转坐标系下的相电流为dq相电流；

获取所述αβ静止坐标系的α轴与所述dq旋转坐标系的d轴之间的夹角，所述夹角为转子磁极角。

可选地，所述控制相电流包括α轴控制相电流和β轴控制相电流，所述实际相电流包括α轴实际相电流和β轴实际相电流；

所述获取所述控制相电流与所述步进电机的实际相电流的电流偏差，对所述电流偏差进行PI运算得到所述步进电机的控制电压，包括：

获取α轴控制相电流与α轴实际相电流的α轴电流偏差，对所述α轴电流偏差进行PI运算得到所述步进电机的α轴控制电压；

获取β轴控制相电流与β轴实际相电流的β轴电流偏差，对所述β轴电流偏差进行PI运算得到所述步进电机的β轴控制电压。

可选地，所述获取α轴控制相电流与α轴实际相电流的α轴电流偏差，对所述α轴电流偏差进行PI运算得到所述步进电机的α轴控制电压，包括：

获取α轴控制相电流、α轴实际相电流、比例系数和积分系数；

根据所述α轴控制相电流和所述α轴实际相电流确定α轴电流偏差，并根据所述α轴电流偏差和第三预设公式确定所述步进电机的α轴控制电压；

其中，第三预设公式为：

式中，

为α轴控制电压，K_p为比例系数，

为α轴控制相电流，i_α为α轴实际相电流，

为α轴电流偏差，K_i为积分系数。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种步进电机的控制装置，所述装置包括：

获取模块，用于获取步进电机的转子磁极角，根据所述转子磁极角确定所述步进电机的定子电流相位角；

确定模块，用于根据所述定子电流相位角和所述步进电机对应的给定电流幅值确定控制相电流；

PI运算模块，用于获取所述控制相电流与所述步进电机的实际相电流的电流偏差，并对所述电流偏差进行PI运算得到所述步进电机的控制电压；

PWM调制模块，用于根据预设规则对所述控制电压进行PWM调制获得输出电压，并根据所述输出电压控制所述步进电机运行。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种步进电机的控制设备，所述设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的步进电机的控制程序，所述步进电机的控制程序配置为实现如上文所述的步进电机的控制方法的步骤。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有步进电机的控制程序，所述步进电机的控制程序被处理器执行时实现如上文所述的步进电机的控制方法的步骤。

本发明通过获取步进电机的转子磁极角，根据所述转子磁极角确定所述步进电机的定子电流相位角；根据所述定子电流相位角和所述步进电机对应的给定电流幅值确定控制相电流；获取所述控制相电流与所述步进电机的实际相电流的电流偏差，并对所述电流偏差进行PI运算得到所述步进电机的控制电压；根据预设规则对所述控制电压进行PWM调制获得输出电压，并根据所述输出电压控制所述步进电机运行，由于本发明是通过步进电机的相电流和实际电流确定电流偏差，对电流偏差进行PI运算得到控制电压，对控制电压进行PWM调制后输出控制步进电机运行，解决了现有技术中步进电机控制精度差的技术问题，实现了步进电机的闭环控制，从而提高步进电机的控制精度。

附图说明

图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的步进电机的控制设备的结构示意图；

图2为本发明步进电机的控制方法第一实施例的流程示意图；

图3为本发明步进电机的控制方法第二实施例的流程示意图；

图4为本发明步进电机的控制方法第三实施例的流程示意图；

图5为本发明步进电机的控制装置第一实施例的结构框图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的步进电机的控制设备结构示意图。

如图1所示，该步进电机的控制设备可以包括：处理器1001，例如中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如无线保真(WIreless-FIdelity，WI-FI)接口)。存储器1005可以是高速的随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)存储器，也可以是稳定的非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。

本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对步进电机的控制设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

如图1所示，作为一种存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、数据存储模块、网络通信模块、用户接口模块以及步进电机的控制程序。

在图1所示的步进电机的控制设备中，网络接口1004主要用于与网络服务器进行数据通信；用户接口1003主要用于与用户进行数据交互；本发明步进电机的控制设备中的处理器1001、存储器1005可以设置在步进电机的控制设备中，所述步进电机的控制设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的步进电机的控制程序，并执行本发明实施例提供的步进电机的控制方法。

本发明实施例提供了一种步进电机的控制方法，参照图2，图2为本发明步进电机的控制方法第一实施例的流程示意图。

本实施例中，所述步进电机的控制方法包括以下步骤：

步骤S10：获取步进电机的转子磁极角，根据所述转子磁极角确定所述步进电机的定子电流相位角。

需要说明的是，本实施例的执行主体可以是一种具有数据处理、网络通信以及程序运行功能的计算服务设备，例如平板电脑、个人电脑、手机等，或者是一种能够实现上述功能的电子设备、步进电机的控制器等。所述步进电机的控制器可以是两相步进电机、三相步进电机、五相步进电机的控制器，以下以五相步进电机的控制器为例，对本实施例及下述各实施例进行说明。

可以理解的是，当实现五相步进电机的相位闭环控制时，原有的位置开环控制处于失步运行状态，为了实现五相步进电机的转子不失步，同时又能实现电机最大转矩电动或制动运行，在现有转子的转子磁极角的基础上超前或滞后一个极限角度值，用于确定五相步进电机的定子电流相位角。

步骤S20：根据所述定子电流相位角和所述步进电机对应的给定电流幅值确定控制相电流。

可以理解的是，可以根据定子电流相位角、给定电流幅值和如下公式确定控制相电流：

式中，i_α ^*，i_β ^*为控制相电流，I_smax为给定电流幅值，

为定子电流相位角。

步骤S30：获取所述控制相电流与所述步进电机的实际相电流的电流偏差，并对所述电流偏差进行PI运算得到所述步进电机的控制电压。

可以理解的是，实际相电流是在电机运行中采集的电流，控制相电流是五相步进电机控制器输出的电流。

应理解的是，PI运算是根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例和积分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制的运算，对电流偏差进行PI运算可以得到步进电机的控制电压，所述控制电压包括

和

步骤S40：根据预设规则对所述控制电压进行PWM调制获得输出电压，并根据所述输出电压控制所述步进电机运行。

可以理解的是，五相步进电机有五路电流，可以分别用A、B、C、D和E表示，在进行电机控制时，将静止坐标系下采集到的五相步进电机的五路电流变换至两相静止的α₁β₁坐标系和α₃β₃谐波坐标系，再将α₁β₁静止坐标系下的相电流变换到d₁q₁旋转坐标系，α₃β₃谐波坐标系下的相电流变换到d₃q₃旋转坐标系。

可以理解的是，可以通过下式确定五相步进电机的五相桥臂上桥臂开关占空比：

式中，D_a为A路电桥臂开关占空比，D_b为B路电桥臂开关占空比，D_c为C路电桥臂开关占空比，D_d为D路电桥臂开关占空比，D_e为E路电桥臂开关占空比，U_DC为母线电压，

为α₁β₁坐标系中α₁轴的控制相电压，

为α₁β₁坐标系中β₁轴的控制相电压，

为α₃β₃谐波坐标系中α₃轴的谐波控制相电压，

为α₃β₃谐波坐标系中β₃轴的谐波控制相电压。

可以理解的是，预设规则可为令D_a＝0，由上式可计算出D_b、D_c、D_d和D_e；选取D_a至D_e中的最小值，将所述最小值设定为Min；更新D_a至D_e的值，令D_a＝D_a-Min，D_b＝D_b-Min，D_c＝D_c-Min，D_d＝D_d-Min，D_e＝D_e-Min；从更新后的D_a至D_e中选取最大值，将所述最大值设定为Max；并判断Max是否大于0；若否，则根据上述更新后的D_a至D_e控制逆变器；若是，则继续更新D_a至D_e的值，令D_a＝D_a/Max，D_b＝D_b/Max，D_c＝D_c/Max，D_d＝D_d/Max，D_e＝D_e/Max，并根据该更新的D_a至D_e控制逆变器。

可以理解的是，根据预设规则对控制电压进行PWM调制后，根据输出的电压即可控制五相步进电机的运行。

进一步地，为了提高电机控制的精度，在所述步骤S10之前，所述方法还包括：获取步进电机的当前电机转子位置，根据给定电机转子位置和所述当前电机转子位置确定电机转子位置偏差；获取所述步进电机的实际转速，根据给定电机转速和所述实际转速确定电机的转速偏差；根据所述电机转子位置偏差和所述速度偏差确定所述步进电机的控制电流的给定电流幅值。

可以理解的是，给定电机转子位置是五相步进电机的控制器控制的电机转子位置，当前电机转子位置是电机转子在运行中实际所处的位置，位置偏差是给定电机转子位置和当前电机转子位置之间的偏差。

应理解的是，实际转速是五相步进电机运行时的转速，给定电机转速是五相步进电机的控制器控制的电机转速，用给定电机转速减去实际转速即可得到电机的转速偏差，根据电机转子位置偏差和电机的转速偏差即可得到五相步进电机的控制电流的给定电流幅值。

本实施例通过获取步进电机的转子磁极角，根据所述转子磁极角确定所述步进电机的定子电流相位角；根据所述定子电流相位角和所述步进电机对应的给定电流幅值确定控制相电流；获取所述控制相电流与所述步进电机的实际相电流的电流偏差，并对所述电流偏差进行PI运算得到所述步进电机的控制电压；根据预设规则对所述控制电压进行PWM调制获得输出电压，并根据所述输出电压控制所述步进电机运行，由于本实施例是通过步进电机的相电流和实际电流确定电流偏差，对电流偏差进行PI运算得到控制电压，对控制电压进行PWM调制后输出控制步进电机运行，解决了现有技术中步进电机控制精度差的技术问题，实现了步进电机的闭环控制，从而提高步进电机的控制精度。

参考图3，图3为本发明步进电机的控制方法第二实施例的流程示意图。

基于上述第一实施例，在本实施例中，所述步骤S10包括：

步骤S101：获取步进电机的转子磁极角、实际转速、基波平面电感和电阻。

可以理解的是，步进电机的转子磁极角是α₁β₁坐标系中的α₁轴与d₁q₁坐标系中的d₁轴之间的夹角。

步骤S102：在所述电机正向电动运行或反向制动运行时，根据所述转子磁极角、所述实际转速、所述基波平面电感和所述电阻，通过第一预设公式确定所述电机的定子电流相位角；

其中，所述第一预设公式为：

式中，θ^* _i为定子电流相位角，θ_r为转子磁极角，ω为实际转速，L_s1为基波平面电感，R_s为电阻。

进一步地，为了提高电机控制的准确性，在所述步骤S101之后，所述方法还包括：在所述电机正向制动运行或反向电动运行时，根据所述转子磁极角、所述实际转速、所述基波平面电感和所述电阻，通过第二预设公式确定所述电机的定子电流相位角；

其中，所述第二预设公式为：

式中，θ^* _i为定子电流相位角，θ_r为转子磁极角，ω为电机的实际转速，L_s1为基波平面电感，R_s为电机的电阻。

本实施例通过获取步进电机的转子磁极角、实际转速、基波平面电感和电阻；在所述电机正向电动运行或反向制动运行时，根据所述转子磁极角、所述实际转速、所述基波平面电感和所述电阻，通过第一预设公式确定所述电机的定子电流相位角，解决了在电机运行中电机转子失步的问题，实现了电机最大转矩电动或制动运行。

参考图4，图4为本发明步进电机的控制方法第三实施例的流程示意图。

基于上述各实施例，在本实施例中，所述步骤S10之前，所述方法还包括：

步骤S01：采集步进电机在静止坐标系下的静止相电流。

可以理解的是，静止相电流是五相步进电机在静止坐标系下的五路相电流，所述五路相电流可分别用A、B、C、D和E表示。

步骤S02：利用预设正交变换矩阵将所述静止相电流进行坐标变换至αβ静止坐标系，所述αβ静止坐标系下的相电流为αβ相电流。

可以理解的是，为了便于对电机控制，需要通过坐标变换将静止系下的五路相电流变换至两相静止的α₁β₁坐标系，为了使在坐标变换中用到的矩阵为正交矩阵，引入三次谐波分量。

可以理解的是，αβ静止坐标系包括α₁β₁坐标系和α₃β₃谐波坐标系，由于转子磁场为正弦波磁场，绕组连接为星型接法，三次谐波分量并不产生转矩分量，即除α₁β₁子空间外，其它子空间的分量对转矩无作用，在α₁β₁子空间中完成机电能量的转换，其它子空间与子空间相互垂直，不产生转矩，三次谐波分量的引入仅作为数学变换的一种过渡运算。

可以理解的是，预设正交矩阵为T₅正交变换矩阵，可由下式表示：

式中，

可以理解的是，αβ相电流包括α₁轴相电流、β₁轴相电流，α₃轴相电流和β₃轴相电流。

步骤S03：利用预设旋转变换矩阵将所述αβ相电流进行坐标变换至dq旋转坐标系，所述dq旋转坐标系下的相电流为dq相电流。

可以理解的是，dq旋转坐标系包括d₁q₁旋转坐标系和d₃q₃谐波旋转坐标系，预设旋转坐标变换矩阵可由下式表示：

T(θ_r)对应的逆矩阵T^-1(θ_r)可由下式表示：

式中，θ_r为转子磁极角。

步骤S04：获取所述αβ静止坐标系的α轴与所述dq旋转坐标系的d轴之间的夹角，所述夹角为转子磁极角。

可以理解的是，转子磁极较慢为α₁β₁坐标系中的α₁轴与d₁q₁坐标系中的d₁轴之间的夹角。

进一步地，为了确定准确的控制电压，所述获取所述控制相电流与所述步进电机的实际相电流的电流偏差，对所述电流偏差进行PI运算得到所述步进电机的控制电压，包括：获取α轴控制相电流与α轴实际相电流的α轴电流偏差，对所述α轴电流偏差进行PI运算得到所述步进电机的α轴控制电压；获取β轴控制相电流与β轴实际相电流的β轴电流偏差，对所述β轴电流偏差进行PI运算得到所述步进电机的β轴控制电压。

可以理解的是，对α轴的电流偏差进行PI运算可得到α轴控制电压，对β轴的电流偏差进行PI运算可得到β轴控制电压。

进一步地，为了确定准确的控制电压，所述获取α轴控制相电流与α轴实际相电流的α轴电流偏差，对所述α轴电流偏差进行PI运算得到所述步进电机的α轴控制电压，包括：获取α轴控制相电流、α轴实际相电流、比例系数和积分系数；根据所述α轴控制相电流和所述α轴实际相电流确定α轴电流偏差，并根据所述α轴电流偏差和第三预设公式确定所述步进电机的α轴控制电压；其中，第三预设公式为：

式中，

为α轴控制电压，K_p为比例系数，

为α轴控制相电流，i_α为α轴实际相电流，

为α轴电流偏差，K_i为积分系数。

本实施例通过采集步进电机在静止坐标系下的静止相电流；利用预设正交变换矩阵将所述静止相电流进行坐标变换至αβ静止坐标系，所述αβ静止坐标系下的相电流为αβ相电流；利用预设旋转变换矩阵将所述αβ相电流进行坐标变换至dq旋转坐标系，所述dq旋转坐标系下的相电流为dq相电流；获取所述αβ静止坐标系的α轴与所述dq旋转坐标系的d轴之间的夹角，所述夹角为转子磁极角，实现了对步进电机控制的准确性。

此外，本发明实施例还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有步进电机的控制程序，所述步进电机的控制程序被处理器执行时实现如上文所述的步进电机的控制方法的步骤。

参照图5，图5为本发明步进电机的控制装置第一实施例的结构框图。

如图5所示，本发明实施例提出的步进电机的控制装置包括：获取模块10、确定模块20、PI运算模块30和PWM调制模块40。

所述获取模块10，用于获取步进电机的转子磁极角，根据所述转子磁极角确定所述步进电机的定子电流相位角；

所述确定模块20，用于根据所述定子电流相位角和所述步进电机对应的给定电流幅值确定控制相电流；

所述PI运算模块30，用于获取所述控制相电流与所述步进电机的实际相电流的电流偏差，并对所述电流偏差进行PI运算得到所述步进电机的控制电压；

所述PWM调制模块40，用于根据预设规则对所述控制电压进行PWM调制获得输出电压，并根据所述输出电压控制所述步进电机运行。

本实施例通过获取模块10获取步进电机的转子磁极角，根据所述转子磁极角确定所述步进电机的定子电流相位角；确定模块20根据所述定子电流相位角和所述步进电机对应的给定电流幅值确定控制相电流；PI运算模块30获取所述控制相电流与所述步进电机的实际相电流的电流偏差，并对所述电流偏差进行PI运算得到所述步进电机的控制电压；PWM调制模块40根据预设规则对所述控制电压进行PWM调制获得输出电压，并根据所述输出电压控制所述步进电机运行，由于本实施例是通过步进电机的相电流和实际电流确定电流偏差，对电流偏差进行PI运算得到控制电压，对控制电压进行PWM调制后输出控制步进电机运行，解决了现有技术中步进电机控制精度差的技术问题，实现了步进电机的闭环控制，从而提高步进电机的控制精度。

基于本发明上述步进电机的控制装置第一实施例，提出本发明步进电机的控制装置的第二实施例。

在本实施例中，所述获取模块10还用于获取步进电机的当前电机转子位置，根据给定电机转子位置和所述当前电机转子位置确定电机转子位置偏差；获取所述步进电机的实际转速，根据给定电机转速和所述实际转速确定电机的转速偏差；根据所述电机转子位置偏差和所述速度偏差确定所述步进电机的控制电流的给定电流幅值。

所述获取模块10还用于获取步进电机的转子磁极角、实际转速、基波平面电感和电阻；在所述电机正向电动运行或反向制动运行时，根据所述转子磁极角、所述实际转速、所述基波平面电感和所述电阻，通过第一预设公式确定所述电机的定子电流相位角；其中，所述第一预设公式为：

式中，θ^* _i为定子电流相位角，θ_r为转子磁极角，ω为实际转速，L_s1为基波平面电感，R_s为电阻。

所述获取模块10还用于在所述电机正向制动运行或反向电动运行时，根据所述转子磁极角、所述实际转速、所述基波平面电感和所述电阻，通过第二预设公式确定所述电机的定子电流相位角；其中，所述第二预设公式为：

式中，θ^* _i为定子电流相位角，θ_r为转子磁极角，ω为电机的实际转速，L_s1为基波平面电感，R_s为电机的电阻。

所述获取去模块10还用于采集步进电机在静止坐标系下的静止相电流；利用预设正交变换矩阵将所述静止相电流进行坐标变换至αβ静止坐标系，所述αβ静止坐标系下的相电流为αβ相电流；利用预设旋转变换矩阵将所述αβ相电流进行坐标变换至dq旋转坐标系，所述dq旋转坐标系下的相电流为dq相电流；获取所述αβ静止坐标系的α轴与所述dq旋转坐标系的d轴之间的夹角，所述夹角为转子磁极角。

所述PI运算模块30还用于获取α轴控制相电流与α轴实际相电流的α轴电流偏差，对所述α轴电流偏差进行PI运算得到所述步进电机的α轴控制电压；获取β轴控制相电流与β轴实际相电流的β轴电流偏差，对所述β轴电流偏差进行PI运算得到所述步进电机的β轴控制电压。

所述PI运算模块30还用于获取α轴控制相电流、α轴实际相电流、比例系数和积分系数；根据所述α轴控制相电流和所述α轴实际相电流确定α轴电流偏差，并根据所述α轴电流偏差和第三预设公式确定所述步进电机的α轴控制电压；其中，第三预设公式为：

式中，

为α轴控制电压，K_p为比例系数，

为α轴控制相电流，i_α为α轴实际相电流，

为α轴电流偏差，K_i为积分系数。

本发明步进电机的控制装置的其他实施例或具体实现方式可参照上述各方法实施例，此处不再赘述。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如只读存储器/随机存取存储器、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种步进电机的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

获取步进电机的转子磁极角，根据所述转子磁极角确定所述步进电机的定子电流相位角；

根据所述定子电流相位角和所述步进电机对应的给定电流幅值确定控制相电流；

获取所述控制相电流与所述步进电机的实际相电流的电流偏差，并对所述电流偏差进行PI运算得到所述步进电机的控制电压；

根据预设规则对所述控制电压进行PWM调制获得输出电压，并根据所述输出电压控制所述步进电机运行。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取步进电机的转子磁极角，根据所述转子磁极角确定所述步进电机的定子电流相位角步骤之前，所述方法还包括：

获取步进电机的当前电机转子位置，根据给定电机转子位置和所述当前电机转子位置确定电机转子位置偏差；

获取所述步进电机的实际转速，根据给定电机转速和所述实际转速确定电机的转速偏差；

根据所述电机转子位置偏差和所述速度偏差确定所述步进电机的控制电流的给定电流幅值。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取步进电机的转子磁极角，根据所述转子磁极角确定所述步进电机的定子电流相位角，包括：

获取步进电机的转子磁极角、实际转速、基波平面电感和电阻；

在所述电机正向电动运行或反向制动运行时，根据所述转子磁极角、所述实际转速、所述基波平面电感和所述电阻，通过第一预设公式确定所述电机的定子电流相位角；

其中，所述第一预设公式为：

式中，θ^* _i为定子电流相位角，θ_r为转子磁极角，ω为实际转速，L_s1为基波平面电感，R_s为电阻。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取步进电机的转子磁极角、实际转速、基波平面电感和电阻步骤之后，所述方法还包括：

在所述电机正向制动运行或反向电动运行时，根据所述转子磁极角、所述实际转速、所述基波平面电感和所述电阻，通过第二预设公式确定所述电机的定子电流相位角；

其中，所述第二预设公式为：

式中，θ^* _i为定子电流相位角，θ_r为转子磁极角，ω为电机的实际转速，L_s1为基波平面电感，R_s为电机的电阻。

5.如权利1所述的方法，其特征在于，所述获取步进电机的转子磁极角，根据所述转子磁极角确定所述步进电机的定子电流相位角步骤之前，所述方法还包括：

采集步进电机在静止坐标系下的静止相电流；

利用预设正交变换矩阵将所述静止相电流进行坐标变换至αβ静止坐标系，所述αβ静止坐标系下的相电流为αβ相电流；

利用预设旋转变换矩阵将所述αβ相电流进行坐标变换至dq旋转坐标系，所述dq旋转坐标系下的相电流为dq相电流；

获取所述αβ静止坐标系的α轴与所述dq旋转坐标系的d轴之间的夹角，所述夹角为转子磁极角。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述控制相电流包括α轴控制相电流和β轴控制相电流，所述实际相电流包括α轴实际相电流和β轴实际相电流；

所述获取所述控制相电流与所述步进电机的实际相电流的电流偏差，并对所述电流偏差进行PI运算得到所述步进电机的控制电压，包括：

获取α轴控制相电流与α轴实际相电流的α轴电流偏差，对所述α轴电流偏差进行PI运算得到所述步进电机的α轴控制电压；

获取β轴控制相电流与β轴实际相电流的β轴电流偏差，对所述β轴电流偏差进行PI运算得到所述步进电机的β轴控制电压。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述获取α轴控制相电流与α轴实际相电流的α轴电流偏差，对所述α轴电流偏差进行PI运算得到所述步进电机的α轴控制电压，包括：

获取α轴控制相电流、α轴实际相电流、比例系数和积分系数；

根据所述α轴控制相电流和所述α轴实际相电流确定α轴电流偏差，并根据所述α轴电流偏差和第三预设公式确定所述步进电机的α轴控制电压；

其中，第三预设公式为：

式中，

为α轴控制电压，K_p为比例系数，

为α轴控制相电流，i_α为α轴实际相电流，

为α轴电流偏差，K_i为积分系数。

8.一种步进电机的控制装置，其特征在于，所述装置包括：

获取模块，用于获取步进电机的转子磁极角，根据所述转子磁极角确定所述步进电机的定子电流相位角；

确定模块，用于根据所述定子电流相位角和所述步进电机对应的给定电流幅值确定控制相电流；

PI运算模块，用于获取所述控制相电流与所述步进电机的实际相电流的电流偏差，并对所述电流偏差进行PI运算得到所述步进电机的控制电压；

PWM调制模块，用于根据预设规则对所述控制电压进行PWM调制获得输出电压，并根据所述输出电压控制所述步进电机运行。

9.一种步进电机的控制设备，其特征在于，所述设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的步进电机的控制程序，所述步进电机的控制程序配置为实现如权利要求1至7中任一项所述的步进电机的控制方法的步骤。

10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有步进电机的控制程序，所述步进电机的控制程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的步进电机的控制方法的步骤。

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