CN113783481A - 电机控制方法、装置、系统及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机控制方法、装置、系统及存储介质，涉及电机控制技术领域，方法包括：获取电机控制信号以及步进电机的实时运行参数；根据电机控制信号，对实时运行参数和预设运行参数进行比较，获得步进电机的运行状态；当运行状态为加速状态或减速状态时，根据预设运行参数，获得速度变化量；根据速度变化量和实时速度，获得第一目标速度；根据第一目标速度产生对应的第一脉冲信号，并输出第一脉冲信号至步进电机，以驱动步进电机转动。本发明解决了现有技术中不能灵活控制多个步进电机的速度的问题，实现了控制步进电机按目标速度转动，控制更精准、更灵活的效果。

Description

电机控制方法、装置、系统及存储介质

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种电机控制方法、装置、系统及存储介质。

背景技术

步进电机又称脉冲步进电机，可以将数字控制信号(电脉冲信号)转化成与之相对应的角位移，步进电机可靠性高，广泛应用于各行各业。针对不同场景，需要对应调节步进电机的转速，因此，针对步进电机的加减速研究是一项长期工作。

在现有对步进电机的速度进行加减速控制的方法中，比如查表法和计算法。这两种方法只能针对数量较少的步进电机进行控制，在面对多个步进电机时，都存在无法实现灵活控制步进电机速度的问题，这不仅会导致难以满足更多场景需求，还会导致增大设备体积和消耗较多成本的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于：提供一种电机控制方法、装置、系统及存储介质，旨在解决现有技术中不能灵活控制多个步进电机的速度的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种电机控制方法，所述方法包括：

获取电机控制信号以及步进电机的实时运行参数，其中，所述电机控制信号基于微控制器解析电机控制指令后获得，所述电机控制指令基于上位机获取的用户操作请求获得，所述实时运行参数包括实时速度；

根据所述电机控制信号，对所述实时运行参数和预设运行参数进行比较，获得所述步进电机的运行状态，所述运行状态包括加速状态、匀速状态和减速状态；

当所述运行状态为加速状态或减速状态时，根据所述预设运行参数，获得速度变化量；

根据所述速度变化量和所述实时速度，获得第一目标速度；

根据所述第一目标速度产生对应的第一脉冲信号，并输出所述第一脉冲信号至所述步进电机，以驱动所述步进电机转动。

可选地，上述电机控制方法中，所述根据所述电机控制信号，对所述实时运行参数和预设运行参数进行比较，获得所述步进电机的运行状态的步骤之后，所述方法还包括：

当所述运行状态为匀速状态时，根据所述实时速度，获得第二目标速度，所述第二目标速度与所述实时速度相等；

根据所述第二目标速度产生对应的第二脉冲信号，并输出所述第二脉冲信号至所述步进电机，以驱动所述步进电机转动。

可选地，上述电机控制方法中，所述根据所述电机控制信号，对所述实时运行参数和预设运行参数进行比较，获得所述步进电机的运行状态的步骤之前，所述方法还包括：

获取步进电机运行的参数设定值，所述参数设定值基于所述微控制器解析参数设置指令后获得，所述参数设置指令基于上位机获取的参数设置请求获得；

判断所述参数设定值是否在预设阈值范围内；

若所述参数设定值在预设阈值范围内，则根据所述参数设定值获得所述步进电机的预设运行参数；

若所述参数设定值不在预设阈值范围内，则反馈告警信号给所述微控制器，以使所述微控制器将所述告警信号转发至所述上位机，进行告警提示。

可选地，上述电机控制方法中，所述电机控制信号包括电机启动信号和电机停止信号；

所述根据所述电机控制信号，对所述实时运行参数和预设运行参数进行比较，获得所述步进电机的运行状态的步骤，具体包括：

当所述电机控制信号为电机启动信号时，判断所述实时运行参数是否达到预设运行参数；

若所述实时运行参数未达到所述预设运行参数，则判定所述步进电机的运行状态为加速状态；

若所述实时运行参数达到所述预设运行参数，则判定所述步进电机的运行状态为匀速状态；

当所述电机控制信号为电机停止信号时，判断所述实时运行参数是否达到零值；

若所述实时运行参数未达到零值，则判定所述步进电机的运行状态为减速状态。

可选地，上述电机控制方法中，所述预设运行参数包括预设加速度；

所述当所述运行状态为加速状态或减速状态时，根据所述预设运行参数，获得速度变化量的步骤，具体包括：

当所述运行状态为加速状态或减速状态时，根据所述实时速度V，进行累加，获得速度累加值V_SUM：

V_SUM＝n×V，

其中，n表示所述实时速度V的累加次数；

判断所述速度累加值V_SUM是否大于或等于预设加速度a；

若所述速度累加值V_SUM大于或等于预设加速度a，则以所述累加次数n作为速度变化量ΔV；

若所述速度累加值V_SUM小于预设加速度a，则返回根据所述实时速度V，进行累加，获得速度累加值V_SUM的步骤，直到所述速度累加值V_SUM大于或等于预设加速度a，获得所述速度变化量ΔV。

可选地，上述电机控制方法中，所述若所述速度累加值V_SUM大于预设加速度a，则以所述累加次数n作为速度变化量ΔV的步骤之后，所述方法还包括：

根据所述速度累加值V_SUM和所述预设加速度a，获得误差值δ：

δ＝V_SUM-a；

根据所述速度变化量ΔV和所述误差值δ，获得最终速度变化量ΔV’：

ΔV’＝ΔV-δ：

所述根据所述速度变化量和所述实时速度，获得第一目标速度的步骤，具体包括：

根据所述最终速度变化量ΔV’和所述实时速度，获得第一目标速度。

可选地，上述电机控制方法中，所述根据所述速度变化量和所述实时速度，获得第一目标速度的步骤，具体包括：

当所述运行状态为加速状态时，将所述实时速度加上所述速度变化量的和值作为所述第一目标速度；

当所述运行状态为减速状态时，将所述实时速度减去所述速度变化量的差值作为所述第一目标速度。

第二方面，本发明提供了一种电机控制装置，所述装置包括：

信号获取模块，用于获取电机控制信号，其中，所述电机控制信号基于微控制器解析电机控制指令后获得，所述电机控制指令基于上位机获取的用户操作请求获得；

参数采集模块，用于获取步进电机的实时运行参数，所述实时运行参数包括实时速度；

状态调节模块，用于根据所述电机控制信号，对所述实时运行参数和预设运行参数进行比较，获得所述步进电机的运行状态，所述运行状态包括加速状态、匀速状态和减速状态；

速度变化量计算模块，用于当所述运行状态为加速状态或减速状态时，根据所述预设运行参数，获得速度变化量；

目标速度确定模块，用于根据所述速度变化量和所述实时速度，获得第一目标速度；

脉冲产生模块，用于根据所述第一目标速度产生对应的第一脉冲信号，并输出所述第一脉冲信号至所述步进电机，以驱动所述步进电机转动。

第三方面，本发明提供了一种电机控制系统，所述系统包括依次连接的上位机、微控制器、FPGA处理器和步进电机，以及与所述FPGA处理器连接的存储器；

所述上位机，用于获取用户操作请求，获得电机控制指令，并将所述电机控制指令发送至所述微控制器；

所述微控制器，用于解析所述电机控制指令，获得电机控制信号，并将所述电机控制信号发送至所述FPGA处理器；

所述FPGA处理器，用于执行计算机程序，实现如上述的电机控制方法；

所述存储器，用于存储计算机程序，所述计算机程序被所述FPGA处理器执行。

第四方面，本发明提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序可被一个或多个处理器执行，以实现如上述的电机控制方法。

本发明提供的上述一个或多个技术方案，可以具有如下优点或至少实现了如下技术效果：

本发明提出的一种电机控制方法、装置、系统及存储介质，通过获取电机控制信号后，对步进电机的实时运行参数和预设运行参数进行比较，获得步进电机的运行状态；然后在运行状态为加速状态或减速状态时，计算速度变化量，再根据速度变化量和实时速度，获得第一目标速度；最后根据第一目标速度产生对应的第一脉冲信号输出给步进电机，驱动步进电机转动。本发明可以根据步进电机不同的运行状态对应获得目标速度，从而产生对应的脉冲信号，以控制步进电机按目标速度转动，控制更精准；先计算速度变化量后，再对应加速状态或减速状态获得对应的第一目标速度，充分对步进电机启动和关停过程进行速度控制，实现了灵活控制步进电机速度的效果，可以满足更多实际应用的需求。本发明可以同时控制多个步进电机，当需要控制更多步进电机时，不需要增加微控制器，只需要对一个微控制器连接多个FPGA处理器，便可控制更多步进电机，具有较高的并行性和可扩展性，不仅减轻了微控制器的负担，让微控制器可以处理更多业务，还降低了微控制器的复杂度和整套系统的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的这些附图获得其他的附图。

图1为本发明电机控制方法第一实施例的流程示意图；

图2为本发明涉及的电机控制系统的连接示意图；

图3为本发明电机控制装置第一实施例的功能模块示意图。

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

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，在本发明中，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……”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。另外，在本发明中，若有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

在本发明中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。另外，各个实施例的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

对现有技术的分析发现，在现有对步进电机的速度进行加减速控制的方法中，比如查表法和计算法，还存在着一些问题：

1.查表法是在保存的多张表中对应获取速度值来控制步进电机速度，加减速的精确效果取决于保存的表，通常通过保存多张表来满足不同的加减速需求，然后通过定时器中断，进行查表，获得电机的速度；这种方法省略了加减速计算过程，简单易行，对于一些要求不高的场景可以满足需求，但当需要增加电机数量或者需要更精确地调整电机速度时，该方法则存在精度较低，无法满足场景需求的问题。

2.计算法是由统一的微控制器进行计算，获得速度值后发送给步进电机，对应控制步进电机的速度；这种方法相比查表法，可以更加精确地控制步进电机，但只能控制一个步进电机，而且，微控制器在计算时，计算过程比较复杂，需要消耗大量时间，容易发生计算时间不足，导致电机超时报警的情况；由于微控制器还承担着控制其他外设的任务，在进行逻辑比较复杂的计算任务时，负担较重，容易出现故障，而如果将微控制器替换为计算能力更大的驱动器，又会增加成本，而且，还会导致增加设备整体体积和成本，这对于一些对体积有要求的场景又将存在无法满足场景需求的问题。

并且，这两种方法只能针对数量较少的步进电机进行控制，在面对多个步进电机时，都存在无法实现灵活控制步进电机速度的问题，这不仅会导致难以满足更多场景需求，还会导致增大设备体积和消耗较多成本的问题。

在面对多个步进电机时，还有一些方法是通过增加微控制器的数量来控制多个步进电机，多个微控制器各自承担速度计算的任务或将整体任务分发到多个微控制器进行，但这需要微控制器之间相互通信，由此，便会增加软硬件的复杂程度，不利于后续扩展和维护。

鉴于现有技术中对步进电机的控制方法，存在不能灵活控制多个步进电机的速度的技术问题，本发明提供了一种电机控制方法，总体思路如下：

获取电机控制信号以及步进电机的实时运行参数，其中，所述电机控制信号基于微控制器解析电机控制指令后获得，所述电机控制指令基于上位机获取的用户操作请求获得，所述实时运行参数包括实时速度；根据所述电机控制信号，对所述实时运行参数和预设运行参数进行比较，获得所述步进电机的运行状态，所述运行状态包括加速状态、匀速状态和减速状态；当所述运行状态为加速状态或减速状态时，根据所述预设运行参数，获得速度变化量；根据所述速度变化量和所述实时速度，获得第一目标速度；根据所述第一目标速度产生对应的第一脉冲信号，并输出所述第一脉冲信号至所述步进电机，以驱动所述步进电机转动。

通过上述技术方案，可以根据步进电机不同的运行状态对应获得目标速度，从而产生对应的脉冲信号，以控制步进电机按目标速度转动，控制更精准；先计算速度变化量后，再对应加速状态或减速状态获得对应的第一目标速度，充分对步进电机启动和关停过程进行速度控制，实现了灵活控制步进电机速度的效果，可以满足更多实际应用的需求。本发明可以同时控制多个步进电机，当需要控制更多步进电机时，不需要增加微控制器，只需要对一个微控制器连接多个FPGA处理器，便可控制更多步进电机，具有较高的并行性和可扩展性，不仅减轻了微控制器的负担，让微控制器可以处理更多业务，还降低了微控制器的复杂度和整套系统的成本。

实施例一

参照图1的流程示意图，提出本发明电机控制方法的第一实施例，该电机控制方法应用于电机控制系统中的FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)处理器。

如图2所示，为电机控制系统的连接示意图。所述系统可以包括：FPGA处理器1001、上位机1002、微控制器1003、步进电机1004和存储器1005，所述上位机1002、微控制器1003、FPGA处理器1001和步进电机1004依次连接，所述存储器1005与所述FPGA处理器1001连接。

具体的，上位机1002，用于获取用户操作请求，响应请求获得电机控制指令，并将所述电机控制指令发送至微控制器1003；可选的，上位机1002与用户进行交互，可以包括输入单元，如键盘、触摸屏等，以及输出单元，如扬声器、显示屏等，还可以包括其他输入/输出接口，比如标准的有线接口、无线接口；

微控制器1003，用于解析所述电机控制指令，获得电机控制信号，并将所述电机控制信号发送至FPGA处理器1001；可选的，微控制器1003还与其他外设进行数据通信，实现其他功能，比如驱动电磁阀、泵阀等；

存储器1005，用于存储计算机程序和各种类型的数据，这些数据例如可以包括FPGA处理器1001中任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据；存储器1005可以是半导体集成存储器，也可以是独立于所述FPGA处理器1001的存储装置，还用于存储其他数据，例如微控制器1003中任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据；

FPGA处理器1001，用于调用存储器1005中存储的计算机程序，所述计算机程序被所述FPGA处理器执行时，执行以下操作：

获取电机控制信号以及步进电机的实时运行参数；

根据所述电机控制信号，对所述实时运行参数和预设运行参数进行比较，获得所述步进电机的运行状态；

当所述运行状态为加速状态或减速状态时，根据所述预设运行参数，获得速度变化量；

根据所述速度变化量和所述实时速度，获得第一目标速度；

根据所述第一目标速度产生对应的第一脉冲信号，并输出所述第一脉冲信号至所述步进电机，以驱动所述步进电机转动。

基于上述的电机控制系统，下面结合图1所示的流程示意图，对本实施例的电机控制方法进行详细描述。

在一种实施方式中，所述方法可以包括以下步骤：

步骤S10：获取电机控制信号以及步进电机的实时运行参数，其中，所述电机控制信号基于微控制器解析电机控制指令后获得，所述电机控制指令基于上位机获取的用户操作请求获得，所述实时运行参数包括实时速度。

具体的，上位机负责整个系统业务层逻辑调度，微控制器解析上位机的指令和控制关联外设，FPGA处理器作为微控制器的外设，负责驱动步进电机转动，并采集步进电机的实时数据。该系统中，FPGA处理器分担了微控制器的控制任务，将微控制器解放出来处理其他通信任务。

具体的，用户在上位机上发起用户操作请求，例如电机启动请求或电机停止请求，上位机包括嵌入式处理器，可以对用户操作请求进行识别处理，获得对应的电机控制指令，包括电机启动指令或电机停止指令，并将电机控制指令发送到微处理器。微处理器接收到电机控制指令后，进行指令解析，获得对应的电机控制信号，包括电机启动信号或电机停止信号，并将电机控制信号发送到FPGA处理器。FPGA处理器即可获取电机控制信号。FPGA处理器还获取步进电机的实时运行参数，比如，实时速度等，并存储实时运行参数，以备后续计算速度时使用。

步骤S11：获取步进电机运行的参数设定值，所述参数设定值基于所述微控制器解析参数设置指令后获得，所述参数设置指令基于上位机获取的参数设置请求获得；

步骤S12：判断所述参数设定值是否在预设阈值范围内；

步骤S13：若所述参数设定值在预设阈值范围内，则根据所述参数设定值获得所述步进电机的预设运行参数；

步骤S14：若所述参数设定值不在预设阈值范围内，则反馈告警信号给所述微控制器，以使所述微控制器将所述告警信号转发至所述上位机，进行告警提示。

具体的，用户可以在上位机上设置步进电机运行的参数设定值，比如，初始初度、加速度、最大速度、运行步数等设定值，具体可以由用户根据实际情况灵活配置。通过判断这些参数设定值是否在对应的预设阈值范围内，防止参数设定不合理的情况，比如将步进电机运行步数设置成了0，对应的，可以及时反馈告警提示，提醒用户更改设定值。而只有当参数设定值在预设阈值范围内时，才启动后续步骤，将该参数设定值作为预设运行参数，并存储该预设运行参数，以备后续调用相关数值。经过步骤S11～S14进行参数设定值检查后，步骤S10获取的电机控制信号以及预设运行参数才会到达步骤S20。

步骤S20：根据所述电机控制信号，对所述实时运行参数和预设运行参数进行比较，获得所述步进电机的运行状态，所述运行状态包括加速状态、匀速状态和减速状态。

具体的，所述电机控制信号包括电机启动信号和电机停止信号；所述步骤S20可以包括：

步骤S201：当所述电机控制信号为电机启动信号时，判断所述实时运行参数是否达到预设运行参数；

步骤S202：若所述实时运行参数未达到所述预设运行参数，则判定所述步进电机的运行状态为加速状态；

步骤S203：若所述实时运行参数达到所述预设运行参数，则判定所述步进电机的运行状态为匀速状态；

步骤S204：当所述电机控制信号为电机停止信号时，判断所述实时运行参数是否达到零值；

步骤S205：若所述实时运行参数未达到零值，则判定所述步进电机的运行状态为减速状态。

步骤S206：若所述实时运行参数达到零值，则表示步进电机已完成停机操作，流程结束。

具体的，完整的电机运行阶段包括启动加速、匀速运行和减速停止，针对这三个阶段，对应调节步进电机的运行状态为加速状态、匀速状态和减速状态，再对应产生脉冲信号输出给步进电机，这种运行状态调节方式实现了电机运行不同阶段的自由切换，且操作简单。

步骤S30：当所述运行状态为加速状态或减速状态时，根据所述预设运行参数，获得速度变化量。

具体的，当步进电机的运行状态为加速或减速状态时，对应表示步进电机处于变速状态，需要计算速度变化量。

本实施例中，步进电机的速度以赫兹为单位。比如，对于一个步距角为1.8°的步进电机，其旋转一圈需要的脉冲数为360/1.8＝200，也就是说，一秒钟给200个脉冲，该步进电机便可转一圈，记为200pps(Pulse Per Second，脉冲数/秒)。此处，以200作为步进电机的速度，即200hz。同时，可以用1秒除以200，得到每个脉冲的周期t。

具体的，所述预设运行参数包括预设加速度；所述步骤S30可以包括：

步骤S301：当所述运行状态为加速状态或减速状态时，根据所述实时速度V，进行累加，获得速度累加值V_SUM：

V_SUM＝n×V，

其中，n表示所述实时速度V的累加次数；

步骤S302：判断所述速度累加值V_SUM是否大于或等于预设加速度a；

步骤S303：若所述速度累加值V_SUM大于或等于预设加速度a，则以所述累加次数n作为速度变化量ΔV；

步骤S304：若所述速度累加值V_SUM小于预设加速度a，则返回根据所述实时速度V，进行累加，获得速度累加值V_SUM的步骤，直到所述速度累加值V_SUM大于或等于预设加速度a，获得所述速度变化量ΔV。

具体的，步骤S30的推导过程如下：

设定脉冲周期和速度变化量呈线性关系，即ΔV＝a×t，在速度变化阶段，为了让每次变化速度后输出的脉冲不重复，此处重新定义t为某个脉冲的时间；由于速度为时间的导数，因此，ΔV＝a×t即可变为

即ΔV×V＝a。

为了避免FPGA处理器处理除法，此处便将除法运算变换为累加运算，即对当前速度V进行累加，累加n次后，当n个V的累加和，即速度累加值V_SUM大于或等于a的时候，取n的值为ΔV的值。

这种确定速度变化值的方法对于脉冲周期和速度变化量呈非线性关系的情况也适用。

进一步地，所述步骤S30还可以包括：

步骤S305：根据所述速度累加值V_SUM和所述预设加速度a，获得误差值δ：

δ＝V_SUM-a；

步骤S306：根据所述速度变化量ΔV和所述误差值δ，获得最终速度变化量ΔV’：

ΔV’＝ΔV-δ。

具体的，在计算速度变化值ΔV的过程中，若速度累加值V_SUM等于预设加速度a，此时则不存在误差，但实际中，很难保证每次速度变化时，该次计算的速度累加值V_SUM刚好等于预设加速度，也会存在速度累加值V_SUM大于预设加速度a的情况，此时，则存在误差，计算得到误差值δ。

对应地，基于计算出的误差值δ，可以对步骤S304得到的速度变化值ΔV进行误差消除，即减去误差值δ，便可得到消除误差后的速度变化量ΔV’，作为最终速度变化量ΔV’。对于速度累加值V_SUM等于预设加速度a的情况，最终速度变化量ΔV’＝ΔV。

步骤S40：根据所述速度变化量和所述实时速度，获得第一目标速度。

具体的，根据所述最终速度变化量ΔV’和所述实时速度，获得第一目标速度。第一目标速度为当前速度的基础上，需要进行调速的下一速度。

具体的，所述步骤S40可以包括：

步骤S401：当所述运行状态为加速状态时，将所述实时速度加上所述速度变化量的和值作为所述第一目标速度；

具体的，当运行状态为加速状态时，将实时速度加上最终速度变化量ΔV’的和值作为第一目标速度；

步骤S402：当所述运行状态为减速状态时，将所述实时速度减去所述速度变化量的差值作为所述第一目标速度；

具体的，当运行状态为减速状态时，将实时速度减去最终速度变化量ΔV’的差值作为第一目标速度。

步骤S50：根据所述第一目标速度产生对应的第一脉冲信号，并输出所述第一脉冲信号至所述步进电机，以驱动所述步进电机转动。

根据速度产生脉冲的原理是，将目标速度换算为PWM脉冲，计数次数：1S/V/f(计数周期)，比如目标速度为2000Hz，计数周期是100ns，那么发送一个2000Hz的脉冲，应该计数为：1S/2000Hz/100ns＝5000，也就是说，100ns的计数周期下，计数5000次即可以产生一个2000Hz的脉冲。

具体的，产生脉冲信号后，将脉冲信号发送给步进电机，同时，还包括电机转动方向等其他步进电机运行所需的参数。

在另一种实施方式中，所述方法还可以包括以下步骤：

步骤S60：当所述运行状态为匀速状态时，根据所述实时速度，获得第二目标速度，所述第二目标速度与所述实时速度相等；

步骤S70：根据所述第二目标速度产生对应的第二脉冲信号，并输出所述第二脉冲信号至所述步进电机，以驱动所述步进电机转动。

具体的，当步进电机经过步骤S30～S50的变速，不断调整运行速度后，步骤S201判断到实时运行参数达到预设运行参数，比如，实时速度达到预设的最大速度时，判定步进电机的运行状态为匀速状态；

此时，步进电机只需要保证匀速转动即可，不需要再进行速度计算，因此，单独针对匀速状态，直接调用当前的实时速度作为下一速度，产生对应的脉冲信号发送给步进电机，即可保证步进电机匀速转动。避免匀速状态下还要进行速度计算，占用空间资源，因此，本方法还具有节省空间资源的效果。

本实施例提供的电机控制方法，通过获取电机控制信号后，对步进电机的实时运行参数和预设运行参数进行比较，获得步进电机的运行状态；然后在运行状态为加速状态或减速状态时，计算速度变化量，再根据速度变化量和实时速度，获得第一目标速度；最后根据第一目标速度产生对应的第一脉冲信号输出给步进电机，驱动步进电机转动。本发明可以根据步进电机不同的运行状态对应获得目标速度，从而产生对应的脉冲信号，以控制步进电机按目标速度转动，控制更精准；先计算速度变化量后，再对应加速状态或减速状态获得对应的第一目标速度，充分对步进电机启动和关停过程进行速度控制，实现了灵活控制步进电机速度的效果，可以满足更多实际应用的需求。

实施例二

基于同一发明构思，参照图3，提出本发明电机控制装置的第一实施例，该电机控制装置可以为虚拟装置，应用于电机控制系统。

下面结合图3所示的功能模块示意图，对本实施例提供的电机控制装置进行详细描述，所述装置可以包括：

信号获取模块，用于获取电机控制信号，其中，所述电机控制信号基于微控制器解析电机控制指令后获得，所述电机控制指令基于上位机获取的用户操作请求获得；

参数采集模块，用于获取步进电机的实时运行参数，所述实时运行参数包括实时速度；

状态调节模块，用于根据所述电机控制信号，对所述实时运行参数和预设运行参数进行比较，获得所述步进电机的运行状态，所述运行状态包括加速状态、匀速状态和减速状态；

速度变化量计算模块，用于当所述运行状态为加速状态或减速状态时，根据所述预设运行参数，获得速度变化量；

目标速度确定模块，用于根据所述速度变化量和所述实时速度，获得第一目标速度；

脉冲产生模块，用于根据所述第一目标速度产生对应的第一脉冲信号，并输出所述第一脉冲信号至所述步进电机，以驱动所述步进电机转动。

进一步地，所述目标速度确定模块，还用于当所述运行状态为匀速状态时，根据所述实时速度，获得第二目标速度，所述第二目标速度与所述实时速度相等；

所述脉冲产生模块，还用于根据所述第二目标速度产生对应的第二脉冲信号，并输出所述第二脉冲信号至所述步进电机，以驱动所述步进电机转动。

进一步地，所述装置还可以包括：

参数检查模块，用于获取步进电机运行的参数设定值，所述参数设定值基于所述微控制器解析参数设置指令后获得，所述参数设置指令基于上位机获取的参数设置请求获得；

判断所述参数设定值是否在预设阈值范围内；

若所述参数设定值在预设阈值范围内，则根据所述参数设定值获得所述步进电机的预设运行参数；

若所述参数设定值不在预设阈值范围内，则反馈告警信号给所述微控制器，以使所述微控制器将所述告警信号转发至所述上位机，进行告警提示。

进一步地，所述电机控制信号包括电机启动信号和电机停止信号；所述状态调节模块可以包括：

第一调节单元，用于当所述电机控制信号为电机启动信号时，判断所述实时运行参数是否达到预设运行参数；

加速状态确定单元，用于若所述实时运行参数未达到所述预设运行参数，则判定所述步进电机的运行状态为加速状态；

匀速状态确定单元，用于若所述实时运行参数达到所述预设运行参数，则判定所述步进电机的运行状态为匀速状态；

第二调节单元，用于当所述电机控制信号为电机停止信号时，判断所述实时运行参数是否达到零值；

减速状态确定单元，用于若所述实时运行参数未达到零值，则判定所述步进电机的运行状态为减速状态。

进一步地，所述预设运行参数包括预设加速度；所述速度变化量计算模块可以包括：

速度累加值计算单元，用于当所述运行状态为加速状态或减速状态时，根据所述实时速度V，进行累加，获得速度累加值V_SUM：

V_SUM＝n×V，

其中，n表示所述实时速度V的累加次数；

判断单元，用于判断所述速度累加值V_SUM是否大于或等于预设加速度a；

速度变化量确定单元，用于若所述速度累加值V_SUM大于或等于预设加速度a，则以所述累加次数n作为速度变化量ΔV；

循环单元，用于若所述速度累加值V_SUM小于预设加速度a，则返回速度累加值计算单元，继续进行累加，直到所述速度累加值V_SUM大于或等于预设加速度a，获得所述速度变化量ΔV。

进一步地，所述速度变化量计算模块还可以包括：

误差值计算单元，用于根据所述速度累加值V_SUM和所述预设加速度a，获得误差值δ：

δ＝V_SUM-a；

误差消除单元，用于根据所述速度变化量ΔV和所述误差值δ，获得最终速度变化量ΔV’：

ΔV’＝ΔV-δ；

所述目标速度确定模块，具体用于根据所述最终速度变化量ΔV’和所述实时速度，获得第一目标速度。

进一步地，所述目标速度确定模块可以包括：

加速单元，用于当所述运行状态为加速状态时，将所述实时速度加上所述速度变化量的和值作为所述第一目标速度；

减速单元，当所述运行状态为减速状态时，将所述实时速度减去所述速度变化量的差值作为所述第一目标速度。

需要说明，本实施例提供的电机控制装置中各个模块可实现的功能和对应达到的技术效果可以参照本发明电机控制方法各个实施例中具体实施方式的描述，为了说明书的简洁，此处不再赘述。

实施例三

基于同一发明构思，参照图2，为本发明各实施例涉及的电机控制系统的连接示意图。本实施例提供了一种电机控制系统，所述系统可以包括：

上位机、微控制器、FPGA处理器和步进电机，以及存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述FPGA处理器执行时，实现本发明电机控制方法各个实施例的全部或部分步骤。

本领域技术人员可以理解，图2中示出的部件并不构成对本发明电机控制系统的限定，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。

具体的，上位机，用于获取用户操作请求，响应请求获得电机控制指令，并将所述电机控制指令发送至微控制器；可选的，上位机与用户进行交互，可以包括输入单元，如键盘、触摸屏等，以及输出单元，如扬声器、显示屏等，还可以包括其他输入/输出接口，比如标准的有线接口、无线接口；

微控制器，用于解析所述电机控制指令，获得电机控制信号，并将所述电机控制信号发送至FPGA处理器；可选的，微控制器还与其他外设进行数据通信，实现其他功能，比如驱动电磁阀、泵阀等；

存储器，用于存储计算机程序和各种类型的数据，这些数据例如可以包括FPGA处理器中任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据；存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如随机存储器(Random AccessMemory，简称RAM)、只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)和串行存储器等半导体集成存储器；可选的，存储器还可以是独立于所述FPGA处理器的存储装置，还用于存储其他数据，例如微控制器中任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据。

FPGA处理器，用于调用存储器中存储的计算机程序，并执行如上述的电机控制方法各个实施例的全部或部分步骤。

本实施例提供的电机控制系统中，微控制器不需要关心FPGA处理器如何实现步进电机驱动控制，只需要处理与之关联的其他外设的控制任务，以及与FPGA处理器的通信任务，这种分离的架构便于和任意微控制器形成控制方案。本发明充分发挥了FPGA处理器可编程、可并行的特点；采用一个FPGA处理器可以控制多个步进电机，当需要控制更多步进电机时，只需要增加FPGA处理器，搭配一个微控制器即可，不仅硬件复杂度低、成本低，还降低了微控制器软件设计复杂度，减小了微控制器的负担，便于后续维护。本发明的系统中，还可以将速度计算相关模块作为一个独立的IP核，该IP核将具有较高的重用性和扩展性，可应用于大部分步进电机的控制。本发明可以同时控制多个步进电机，当需要控制更多步进电机时，不需要增加微控制器，只需要对一个微控制器连接多个FPGA处理器，便可控制更多步进电机，具有较高的并行性和可扩展性，不仅减轻了微控制器的负担，让微控制器可以处理更多业务，还降低了微控制器的复杂度和整套系统的成本。

实施例四

基于同一发明构思，本实施例提供了一种计算机可读存储介质，如闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，SD或DX存储器等)、随机存储器(RAM)、静态随机访问存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁性存储器等等，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序可被一个或多个处理器执行，所述计算机程序被处理器执行时可以实现本发明电机控制方法各个实施例的全部或部分步骤。

需要说明，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。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，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，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电机控制方法，其特征在于，所述方法包括：

获取电机控制信号以及步进电机的实时运行参数，其中，所述电机控制信号基于微控制器解析电机控制指令后获得，所述电机控制指令基于上位机获取的用户操作请求获得，所述实时运行参数包括实时速度；

根据所述电机控制信号，对所述实时运行参数和预设运行参数进行比较，获得所述步进电机的运行状态，所述运行状态包括加速状态、匀速状态和减速状态；

当所述运行状态为加速状态或减速状态时，根据所述预设运行参数，获得速度变化量；

根据所述速度变化量和所述实时速度，获得第一目标速度；

根据所述第一目标速度产生对应的第一脉冲信号，并输出所述第一脉冲信号至所述步进电机，以驱动所述步进电机转动。

2.如权利要求1所述的电机控制方法，其特征在于，所述根据所述电机控制信号，对所述实时运行参数和预设运行参数进行比较，获得所述步进电机的运行状态的步骤之后，所述方法还包括：

当所述运行状态为匀速状态时，根据所述实时速度，获得第二目标速度，所述第二目标速度与所述实时速度相等；

根据所述第二目标速度产生对应的第二脉冲信号，并输出所述第二脉冲信号至所述步进电机，以驱动所述步进电机转动。

3.如权利要求1所述的电机控制方法，其特征在于，所述根据所述电机控制信号，对所述实时运行参数和预设运行参数进行比较，获得所述步进电机的运行状态的步骤之前，所述方法还包括：

获取步进电机运行的参数设定值，所述参数设定值基于所述微控制器解析参数设置指令后获得，所述参数设置指令基于上位机获取的参数设置请求获得；

判断所述参数设定值是否在预设阈值范围内；

若所述参数设定值在预设阈值范围内，则根据所述参数设定值获得所述步进电机的预设运行参数；

若所述参数设定值不在预设阈值范围内，则反馈告警信号给所述微控制器，以使所述微控制器将所述告警信号转发至所述上位机，进行告警提示。

4.如权利要求1所述的电机控制方法，其特征在于，所述电机控制信号包括电机启动信号和电机停止信号；

所述根据所述电机控制信号，对所述实时运行参数和预设运行参数进行比较，获得所述步进电机的运行状态的步骤，具体包括：

当所述电机控制信号为电机启动信号时，判断所述实时运行参数是否达到预设运行参数；

若所述实时运行参数未达到所述预设运行参数，则判定所述步进电机的运行状态为加速状态；

若所述实时运行参数达到所述预设运行参数，则判定所述步进电机的运行状态为匀速状态；

当所述电机控制信号为电机停止信号时，判断所述实时运行参数是否达到零值；

若所述实时运行参数未达到零值，则判定所述步进电机的运行状态为减速状态。

5.如权利要求1所述的电机控制方法，其特征在于，所述预设运行参数包括预设加速度；

所述当所述运行状态为加速状态或减速状态时，根据所述预设运行参数，获得速度变化量的步骤，具体包括：

当所述运行状态为加速状态或减速状态时，根据所述实时速度V，进行累加，获得速度累加值V_SUM：

V_SUM＝n×V，

其中，n表示所述实时速度V的累加次数；

判断所述速度累加值V_SUM是否大于或等于预设加速度a；

若所述速度累加值V_SUM大于或等于预设加速度a，则以所述累加次数n作为速度变化量ΔV；

若所述速度累加值V_SUM小于预设加速度a，则返回根据所述实时速度V，进行累加，获得速度累加值V_SUM的步骤，直到所述速度累加值V_SUM大于或等于预设加速度a，获得所述速度变化量ΔV。

6.如权利要求5所述的电机控制方法，其特征在于，所述若所述速度累加值V_SUM大于预设加速度a，则以所述累加次数n作为速度变化量ΔV的步骤之后，所述方法还包括：

根据所述速度累加值V_SUM和所述预设加速度a，获得误差值δ：

δ＝V_SUM-a；

根据所述速度变化量ΔV和所述误差值δ，获得最终速度变化量ΔV’：

ΔV’＝ΔV-δ；

所述根据所述速度变化量和所述实时速度，获得第一目标速度的步骤，具体包括：

根据所述最终速度变化量ΔV’和所述实时速度，获得第一目标速度。

7.如权利要求1所述的电机控制方法，其特征在于，所述根据所述速度变化量和所述实时速度，获得第一目标速度的步骤，具体包括：

当所述运行状态为加速状态时，将所述实时速度加上所述速度变化量的和值作为所述第一目标速度；

当所述运行状态为减速状态时，将所述实时速度减去所述速度变化量的差值作为所述第一目标速度。

8.一种电机控制装置，其特征在于，所述装置包括：

信号获取模块，用于获取电机控制信号，其中，所述电机控制信号基于微控制器解析电机控制指令后获得，所述电机控制指令基于上位机获取的用户操作请求获得；

参数采集模块，用于获取步进电机的实时运行参数，所述实时运行参数包括实时速度；

状态调节模块，用于根据所述电机控制信号，对所述实时运行参数和预设运行参数进行比较，获得所述步进电机的运行状态，所述运行状态包括加速状态、匀速状态和减速状态；

速度变化量计算模块，用于当所述运行状态为加速状态或减速状态时，根据所述预设运行参数，获得速度变化量；

目标速度确定模块，用于根据所述速度变化量和所述实时速度，获得第一目标速度；

脉冲产生模块，用于根据所述第一目标速度产生对应的第一脉冲信号，并输出所述第一脉冲信号至所述步进电机，以驱动所述步进电机转动。

9.一种电机控制系统，其特征在于，所述系统包括依次连接的上位机、微控制器、FPGA处理器和步进电机，以及与所述FPGA处理器连接的存储器；

所述上位机，用于获取用户操作请求，获得电机控制指令，并将所述电机控制指令发送至所述微控制器；

所述微控制器，用于解析所述电机控制指令，获得电机控制信号，并将所述电机控制信号发送至所述FPGA处理器；

所述FPGA处理器，用于执行计算机程序，实现如权利要求1至7中任一项所述的电机控制方法；

所述存储器，用于存储计算机程序，所述计算机程序被所述FPGA处理器执行。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序可被一个或多个处理器执行，以实现如权利要求1至7中任一项所述的电机控制方法。

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