CN115085604A - 电机运行检测方法、装置、计算机设备和电机控制装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种电机运行检测方法、装置、计算机设备和电机控制装置。该方法包括：获取步进电机在满步驱动运行时转子线圈的比较电压与参考电压进行比较得到的当前时刻的失步检测电平信号；参考电压小于在满步驱动周期内转子在正常运转速度时，转子线圈的第一峰值电流对应的第一峰值电压，大于在满步驱动周期内转子在非正常运转速度时，转子线圈的第二峰值电流对应的第二峰值电压；若在满步驱动周期内各时刻的失步检测电平信号中未检测到高电平信号，则确定步进电机在满步驱动周期内失步。采用本方法能够降低步进电机运行检测的使用成本，提升步进运行检测结果的准确性。

Description

电机运行检测方法、装置、计算机设备和电机控制装置

技术领域

本申请涉及电机检测技术领域，特别是涉及一种电机运行检测方法、装置、计算机设备和电机控制装置。

背景技术

步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机，每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步。步进电机因其简单易用的控制特性经常被一些精度要求较高、成本敏感、转矩较小的场合中的众多电控系统所使用。

步进电机在使用过程中，若转动时遇到障碍物或内部元件老化，容易出现堵转或失步的情况，此时若步进电机控制器不能准确检测到堵转信息并采取相应措施，整个步进电机的运作系统将会出现异常，严重时导致步进电机损坏。

传统的检测步进电机是否失步或堵转的方法，通常是采用光电编码器测量转子转速，行程开关作为完成某段行程的触发信号，以此来控制步进电机的行程。然而光电编码器和行程开关对结构有严格要求，使用时间越长，越容易产生结构偏移，使用成本较高，检测结果准确性易受干扰。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高步进电机运行情况检测准确性的电机运行检测方法、装置、计算机设备和电机控制装置。

第一方面，本申请提供了一种电机运行检测方法，所述方法包括：

获取步进电机在满步驱动运行时转子线圈的比较电压与参考电压进行比较得到的当前时刻的失步检测电平信号；其中，所述转子线圈的比较电压是将所述步进电机在满步驱动运行时所述转子线圈的电流进行转换得到；所述参考电压小于在所述满步驱动周期内转子在正常运转速度时，所述转子线圈的第一峰值电流对应的第一峰值电压，大于在所述满步驱动周期内所述转子在非正常运转速度时，所述转子线圈的第二峰值电流对应的第二峰值电压；

若在所述满步驱动周期内各时刻的所述失步检测电平信号中未检测到高电平信号，则确定所述步进电机在所述满步驱动周期内失步。

在其中一个实施例中，若在所述满步驱动周期内各时刻的所述失步检测电平信号中未检测到高电平信号，则确定所述步进电机在所述满步驱动周期内失步，包括：

根据所述满步驱动周期内各时刻的所述失步检测电平信号，得到对应的波形图；

若所述满步驱动周期内的波形图中未检测到矩形波，则确定所述步进电机在所述满步驱动周期内失步。

在其中一个实施例中，所述方法还包括：

若所述步进电机在连续多个所述满步驱动周期内失步，则确定所述步进电机堵转。

在其中一个实施例中，所述方法还包括：

获取所述步进电机的运行数据，根据所述运行数据确定参考电压。

在其中一个实施例中，所述获取所述步进电机的运行数据，根据所述运行数据确定参考电压，包括：

获取预设映射表，所述预设映射表记录所述运行数据与所述参考电压的映射关系；

获取所述步进电机的运行数据，查找所述预设映射表，确定对应的参考电压；所述运行数据包括所述步进电机的使用时长、驱动电压和驱动负载中的至少一种。

在其中一个实施例中，在所述确定所述步进电机失步后，还包括：

生成补偿驱动信号，根据所述补偿驱动信号驱动所述转子线圈额外转动一个所述满步驱动周期。

在其中一个实施例中，在所述确定所述步进电机堵转后，还包括：

生成反向驱动信号，根据所述反向驱动信号驱动所述转子线圈反向转动；

获取反向驱动周期内检测得到的反向失步检测电平信号；

若连续多个反向驱动周期内未检测到所述高电平信号，则确定所述步进电机双向堵转。

第二方面，本申请还提供了一种电机运行检测装置，所述装置包括：

信号获取模块，用于获取步进电机在满步驱动运行时转子线圈的电压与参考电压进行比较得到的当前时刻的失步检测电平信号；其中，所述转子线圈的电压是将步进电机在满步驱动运行时转子线圈的电流进行转换得到；所述参考电压小于所述转子线圈满步驱动周期的峰值电流的比较电压；

失步分析模块，用于若在所述满步驱动周期内各时刻的所述失步检测电平信号中未检测到高电平信号，则确定所述步进电机在所述满步驱动周期内失步。

第三方面，本申请还提供了一种电机控制装置，所述装置包括：电流检测电路、电压转换电路、电压比较器以及主控芯片，所述电流检测电路的输入端与步进电机的转子线圈连接，输出端与所述电压转换电路的输入端连接，所述电压转换电路的输出端与所述电压比较器的同相端连接，所述电压比较器的反相端接入参考电压，所述电压比较器的输出端与所述主控芯片连接；

所述电流检测电路采集所述步进电机在满步驱动运行时所述转子线圈的电流，所述电压转换电路将所述转子线圈的电流转换成所述转子线圈的比较电压，所述电压比较器根据所述转子线圈的比较电压与参考电压的比较结果输出当前时刻的失步检测电平信号；所述主控芯片，用于获取所述失步检测电平信号，若在所述满步驱动周期内各时刻的所述失步检测电平信号中未检测到高电平信号，则确定所述步进电机在所述满步驱动周期内失步。

第四方面，本申请还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法的步骤。

第五方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。

上述电机运行检测方法、装置、计算机设备和电机控制装置，根据步进电机在满步驱动下，转子线圈在转子正常运转和非正常运转时电流周期性变化形态不同，转子线圈在转子正常运转时在满步驱动周期内的峰值电流高于转子未正常运转时的峰值电流的特点，将转子线圈的电流转换为比较电压，并设定小于转子线圈在满步驱动周期内转子正常运转时的峰值电流对应的第一峰值电压，大于转子线圈在满步驱动周期内转子在非正常运转速度时的峰值电流对应的第二峰值电压的值作为为参考电压，根据满步驱动运行时转子线圈的电压和参考电压进行比较得到的失步检测电平信号确定步进电机的运行状态。若满步驱动周期各时刻的失步检测电平信号中未检测到高电平信号，说明在满步驱动周期内转子线圈的峰值电流较小，转子未正常转动，即步进电机在满步驱动周期内失步。通过流经转子线圈的电流在不同运行状态下的形态不同，确定步进电机的运行状态，整个检测过程不需要借助其他测量设备，降低了步进电机运行检测的使用成本，提升了步进运行检测结果的准确性。

附图说明

图1为一个实施例中电机控制装置的结构框图；

图2为一个实施例中电压转换电路的结构示意图；

图3为一个实施例中电机控制装置的结构示意图；

图4为一个实施例中电机运行检测方法的流程示意图；

图5为一个实施例中满步驱动转子正常速度运转与非正常速度运转时，转子线圈的电流形态图；

图6为一个实施例中满步驱动转子正常速度运转时的波形图；

图7为一个实施例中满步驱动转子非正常速度运转时的波形图；

图8为另一个实施例中电机运行检测方法的流程示意图；

图9为另一个实施例中电机运行检测方法的流程示意图；

图10为另一个实施例中电机运行检测方法的流程示意图；

图11为一个实施例中电机检测时各个信号的流向示意图；

图12为一个实施例中电机运行检测装置的结构框图；

图13为一个实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的步进电机件，通过控制施加在电机线圈上的电脉冲顺序、频率和数量，可以实现对步进电机的转向、速度和旋转角度的控制。配合以直线运动执行机构或齿轮箱装置，更可以实现更加复杂、精密的线性运动控制要求。步进电机一般由前后端盖、轴承、中心轴、转子铁芯、定子铁芯、定子组件、波纹垫圈、螺钉等部分构成。它利用电磁学原理，将电能转换为机械能，是由缠绕在电机定子齿槽上的线圈驱动的。通常情况下，一根绕成圈状的金属丝叫做螺线管，而在电机中，绕在定子齿槽上的金属丝则叫做绕组、转子线圈、或相。

步进电机运行时，根据控制器发送的控制脉冲信号与方向信号，控制步进电机的转子线圈以一定的时序正向或反向通电，从而驱动电机正向或反向旋转。根据步进电机一个周期运行的步距情况的不同，可以将步进电机的驱动方式分为满步驱动、半步驱动和微步驱动。

本申请实施例提供的电机运行检测方法，可以应用于如图1所示的电机运行检测装置100中。

如图1所示，电机控制装置包括：电流检测电路101、电压转换电路102、电压比较器103以及主控芯片104。电流检测电路101的输入端与步进电机105的转子线圈1051连接，输出端与电压处理电路103连接，电压转换电路102的输出端与电压比较器103的同相端连接，电压比较器103的反相端接入参考电压，电压比较器103的输出端与所述主控芯片104连接。

其中，电流检测电路101为可以实时采集流经转子线圈1051的电流的检测模块，具体地，满步驱动时，根据控制脉冲信号与方向信号产生的电流流经转子线圈，通过电能产生磁场能量，使步进电机105的转子发送旋转，驱动步进电机105运行一个步距。电流检测电路101输入端与转子线圈1051电流的输出端连接，对流经转子线圈1051的电流进行采集。仅以两相步进电机为例进行说明，转子线圈为两个，而步进电机中转子线圈的实际个数可以根据步进电机的种类进行设置与更改。其中，电压处理电路103，用于将转子线圈1051的电流，转换成转子线圈1051的电压。

在其中一个实施例中，电压转换电路102包括有电流传感电阻R2与电压放大电路，具体地，电压转换电路102的内部结构图如图2所示，电流传感电阻R2的输入端与转子线圈1051的电流输出端连接(图中未示出)，电流传感电阻R2的输出端分别与电压放大电路中的差分接入电阻R1以及电压线性放大电路1034的输入端连接，差分接入电阻R1的输出端分别与运放偏置电路1033以及第一低通滤波电容C3连接，电压线性放大电路1034由运放UIA与第一放大电阻R4、第二放大电阻R8组成，其输出端还连接有第二低通滤波电容C2。

具体地，电流传感电阻R2用于接收转子线圈1051电流输出端流出的电流，根据欧姆定律将流经转子线圈1051的电流转变成电压，将电压输入至差分接入电阻R1与电压线性放大电路1034中。

其中，差分接入电阻R1与运放偏置电路1033用于为放大级提供合适的偏置电流，确定各级的静态工作点。

其中，电压线性放大电路1034，用于将转变后的电压进行放大，并通过取值较小的第一滤波电容C3与第二滤波电容C2进行低通滤波，滤除电机运行过程中产生的杂波，使得到的放大后的电压变化规律更加精确。

具体地，电压转换电路102对流经转子线圈1051的电流进行电压转换以及电压放大操作，输出转子线圈1051对应的比较电压。

其中，电压比较器103，电压比较器103的同相端与电压转换电路102的输出端连接，电压比较器103的反相端用于输入参考电压，电压比较器103的输出端与主控芯片104连接，根据转子线圈1051的比较电压与参考电压进行比较，输出当前时刻的失步检测电平信号。

具体地，电压比较器103是对输入信号进行鉴别与比较的电路，通过比较两个输入电压的大小，输出电压的高电平或低电平信号，用于表示两个输入电压的大小关系。可以理解的，电压比较器103包括但不限于单限比较器、滞回比较器、窗口比较器和三态电压比较器等。

具体地，电压比较器103的同相端与电压转换电路102的输出端连接，电压转换电路102将转子线圈1051的电流转变为转子线圈1051的比较电压后，将电压通过电压比较器的同相端输入至电压比较器103中。电压比较器103的反相端与主控芯片104连接，接收主控芯片104发送的参考电压。

电压比较器103将接收到的转子线圈1051的比较电压与参考电压进行比较，得到当前时刻的失步检测电平信号，并通过输出端将失步检测电平信号输入至主控芯片104中。

其中，主控芯片104，用于根据失步检测电平信号对电机运行进行检测，如根据失步检测电平信号判断步进电机是否出现失步、堵转等情况。

在一个实施例中，如图3所示，提供了一种完整的电机控制装置，包括主控芯片301、步进电机驱动电路302、步进电机303、电压转换电路304、电压比较器305。

其中，主控芯片301包括有第一输出端3011、第二输出端3012、第三输出端3013以及第一输入端3014。具体地，第一输出端3011与步进电机驱动电路302的第一输入端3021连接，用于输出步进电机驱动脉冲信号。第二输出端3012与步进电机驱动电路302的第二输入端3021连接，用于输出步进电机驱动方向信号。第三输出端3013与电压比较器305的反相端3051连接，用于输出参考电压。第一输入端3011与电压比较器305的输出端连接，用于接收失步检测电平信号。

具体地，主控芯片301生成驱动脉冲信号与驱动方向信号，通过第一输出端3011将驱动脉冲信号输入至步进电机驱动电路302中，通过第二输出端3012将驱动方向信号输入至步进电机驱动电路302中。主控芯片301根据步进电机的运行数据获取当前时刻的参考电压，将参考电压通过第三输出端3013输入至电压比较器305中。并通过第一输入端3011接收电压比较器305反馈的失步检测电平信号。

其中，步进电机驱动电路302包括第一输入端3021、第二输入端3022、第一输出端3023以及第二输出端3024。具体地，第一输入端3021与第二输入端3022分别与主控芯片301的第一输出端3011和第二输出端3012连接，用于接收主控芯片301传输的驱动脉冲信号与驱动方向信号。第一输出端3023与第二输出端3024分别与步进电机303的第一转子线圈输入端3031、第二转子线圈3032连接，用于将生成的相电流输入至步进电机的转子线圈中。

其中，步进电机303中包括有第一转子线圈输入端3031、第二转子线圈输入端3032、第一转子线圈输出端3033、转子3034、驱动对象3035。

具体地，步进电机303中的第一转子线圈输入端3031与第二转子线圈输入端3032分别与步进电机驱动电路302的第一输出端3023、第二输出端3024连接，用于接收步进电机驱动电路302输入的相电流。第一转子线圈输出端3033与电压转换电路304的第一输入端3041连接，可以理解的，第一输入端3041即电流传感电阻的输入端。用于将流经步进电机第一转子线圈中的电流输入至电压转换电路304中。步进电机303中的转子3034通过力矩与驱动对象3035连接，转子转动时，带动驱动对象3035进行转动，使驱动对象运行到预设的开合度位置。

其中，电压转换电路304的具体结构已在上述实施例中记载，在此不再过多赘述。电压转换电路304的输出端3042与电压比较器305的输入端3051连接，用于将转换后的第一转子线圈的电压传输至电压比较器305中。

其中，电压比较器305包括反相端3051，同相端3052以及输入端3053。具体地，反相端3051与主控芯片的第三输出端3013连接，用于接收参考电压。正向3052与主控芯片的第一输入端3014连接，用于将检测得到的失步检测电平信号输入至主控芯片中。输入端3053与电压转换电路304连接，用于接收电压转换电路输入的转换后的第一转子线圈对应的电压。

在一个实施例中，如图4所示，提供了一种电机运行检测方法，以该方法应用于图1中的主控芯片为例进行说明，包括以下步骤：

步骤402，获取步进电机在满步驱动运行时转子线圈的比较电压与参考电压进行比较得到的当前时刻的失步检测电平信号；其中，转子线圈的比较电压是将步进电机在满步驱动运行时转子线圈的电流进行转换得到；参考电压小于在满步驱动周期内转子在正常运转速度时，转子线圈的第一峰值电流对应的第一峰值电压，大于在满步驱动周期内转子在非正常运转速度时，转子线圈的第二峰值电流对应的第二峰值电压。

具体地，步进电机在使用时存在三种驱动方式，即满步驱动、半步驱动与微步驱动。其中，满步驱动是指在一个满步周期内，由一个脉冲信号驱动步进电机运行转动一个步距的驱动方式。

其中，脉冲信号为一个电压反复在ON和OFF之间改变的电信号，转子线圈在脉冲信号控制下进行满步驱动时，流经转子线圈的电流呈周期性变化。具体地，电流流经线圈时，产生相应磁场，使转子在磁力作用下发生转动。而转动导致的磁场改变又会重新影响转子线圈电流的变化，因此，转子在转动时所采集到的转子线圈电流与转子未转动时所采集的转子线圈的电流具有不同的变化形态。

如图5所示，图5示出的是满步驱动转子以正常速度运转以及转子以非正常速度运转时，转子线圈的电流形态变化趋势图。转子以正常速度转动时(图5的左边电流变化形态)，由于转子转动对转子线圈电流的影响，所采集到的转子线圈的电流呈坡度上升的趋势，最终达到峰值电流。图5右边示出的是满步驱动时，转子停止转动或以非正常速度转动时，即步进电机发生失步或堵转时转子线圈的电流形态。转子停止转动或以非正常速度转动时，对流经转子线圈的电流不会产生影响，或产生影响较小，因此采集得到的转子线圈的电流不会呈现坡度上升的变化趋势，而是呈现平稳的电流形态。将正常运转时所产生的峰值电流作为第一峰值电流，将非正常运转时所产生的峰值电流作为第二峰值电流。

其中，利用电机控制装置中的电流检测电路，电流检测电路的输入端与步进电机的转子线圈连接，采集所述步进电机在满步驱动运行时所述转子线圈的电流。电流检测电路的输出端与所述电压转换电路的输入端连接，将所述转子线圈的电流转换成所述转子线圈的比较电压。进一步地，还可以通过电压放大电路将转子线圈的电压进行放大。可以理解的，由于转子线圈的电流是经过电流传感电阻进行转换的，因此转子线圈电流与转子线圈电压呈正比，转换得到的电压变化形态与转子线圈的电流变化形态一致，由图5可以明显看出，第一峰值电流的电流值大于第二峰值电流的电流值。可以理解的，正常运转时的第一峰值电压也大于非正常运转时的第二峰值电压。

电机控制装置的电压转换电路的输出端与所述电压比较器的同相端连接，所述电压比较器的反相端接入参考电压，所述电压比较器的输出端与所述主控芯片连接。

其中，参考电压为当前时刻用于与转子线圈的电压进行比较的预设阈值电压，具体地，满步驱动周期内，转子在正常运转速度下的峰值电流呈坡度上升趋势，而在非正常运转速度下的峰值电流呈平稳趋势，因此，转子在正常运转速度下的峰值电流对应的第一峰值电压要大于非正常运转速度下的峰值电流对应的第二峰值电压。在设定参考电压时，将小于转子线圈第一峰值电压，且大于未正常转动时转子线圈的第二峰值电压的阈值作为参考电压。

将转子线圈的比较电压与参考电压输入到步进电机检测装置的电压比较器中，电压比较器比较参考电压与转子线圈的比较电压的峰值大小，得到当前时刻的失步检测电平信号。具体地，当电压比较器确定转子线圈的比较电压的峰值大于参考电压时，输出高电平信号。当电压比较器确定转子线圈的比较电压的峰值小于参考电压时，输出低电平信号。

具体地，将步进电机在满步驱动时的转子线圈的比较电压与参考电压输入到步进电机检测装置的电压比较器中，电压比较器通过比较参考电压与转子线圈的比较电压的大小输出当前时刻的失步检测电平信号，主控芯片获取电压比较器输出的失步检测电平信号。

在其中一个实施例中，电压比较器接收到比较电压后，根据比较电压中各个电压值的大小，确定比较电压的峰值。

步骤404，若在所述满步驱动周期内各时刻的所述失步检测电平信号中未检测到高电平信号，则确定所述步进电机在所述满步驱动周期内失步。

其中，步进电机失步是指步进电机接收到脉冲信号后，步进电机的转子未发生转动，导致步进电机没有按照脉冲信号的指令到达应该到达的位置的情况。造成步进电机失步的原因包括但不限于步进电机工作力矩较小、步进电机启停时的加减速过程不充分、驱动电压设定过低等等。

具体地，若电压比较器输出的失步检测电平信号存在高电平信号，说明此时转子线圈的电压高于参考电压，即采集到的转子线圈的比较电压中存在第一峰值电压，电流呈现坡度上升的变化趋势，转子线圈在此满步驱动周期内以正常运转速度转动。若电压比较器输出的失步检测电平信号一直为低电平信号，说明此时转子线圈的比较电压持续低于参考电压，即采集到的转子线圈的比较电压中的峰值电压为第二峰值电压，电流的变化趋势平稳，转子线圈在此满步驱动周期中未以正常运转速度转动。

主控芯片若在满步驱动周期内各时刻的失步检测电平信号中未检测到高电平信号，说明在此满步驱动周期内转子未以正常运转速度转动，确定步进电机在此满步驱动周期失步。

上述电机运行检测方法中，根据步进电机在满步驱动下，转子线圈在转子正常运转和非正常运转时电流周期性变化形态不同，转子线圈在转子正常运转时在满步驱动周期内的峰值电流高于转子未正常运转时的峰值电流的特点，将转子线圈的电流转换为比较电压，并设定小于转子线圈在满步驱动周期内转子正常运转时的峰值电流对应的第一峰值电压，大于转子线圈在满步驱动周期内转子在非正常运转速度时的峰值电流对应的第二峰值电压的值作为为参考电压，根据满步驱动运行时转子线圈的电压和参考电压进行比较得到的失步检测电平信号确定步进电机的运行状态。若满步驱动周期各时刻的失步检测电平信号中未检测到高电平信号，说明在满步驱动周期内转子线圈的峰值电流较小，转子未正常转动，即步进电机在满步驱动周期内失步。通过流经转子线圈的电流在不同运行状态下的形态不同，确定步进电机的运行状态，整个检测过程不需要借助其他测量设备，降低了步进电机运行检测的使用成本，提升了步进运行检测结果的准确性。

为了更清楚的通过失步检测电平信号确定步进电机的运行状态，在一个实施例中，若在满步驱动周期内各时刻的失步检测电平信号中未检测到高电平信号，则确定步进电机在满步驱动周期内失步，包括：

根据满步驱动周期内各时刻的失步检测电平信号，得到对应的波形图；若满步驱动周期内的波形图中未检测到矩形波，则确定步进电机在满步驱动周期内失步。

其中，波形图是根据电压比较器输出的失步检测电平信号生成的，体现失步检测电平信号的高低变化。

具体地，转子正常转动时，由于转子线圈电流的周期性变化，电压比较器输出的失步检测电平信号由一个低电平信号与一个高电平信号组成，根据电压比较器输出的失步检测电平信号得到一个矩形波，矩形波如图6所示(图中包括多个满步驱动周期的矩形波)。图7为转子未正常转动时对应的波形图(图中包括有多个满步驱动周期)。转子未正常转动时，由于转子线圈比较电压的峰值电压为第二峰值电压，第二峰值电压小于参考电压，因此电压比较器输出的失步检测电平信号均为低电平信号，输出的波形图为一条直线。

主控芯片在确定满步驱动周期内的波形图中未检测到矩形波时，可以确定在该满步驱动周期内转子未正常转动，即确定步进电机在满步驱动周期内存在失步的情况。

本实施例中，通过根据电压比较器输出的失步检测电平信号生成对应的波形图，通过波形图可以更加直观清楚的确定步进电机在满步驱动周期内存在失步的情况。

与步进电机失步一样，步进电机堵转也是电机运行过程中不可忽视的问题。电机堵转时电机的转子的转速为零，此时电机仍然输出扭矩，而电机堵转时功率因数极低，堵转所产生的堵转电流最高可达额定电流的7倍，若不能及时发现电机存在堵转情况进行处理，时间稍长就会对步进电机造成损坏。

在一个实施例中，如图8所示，提供了一种电机运行检测方法，包括以下步骤：

步骤802，获取步进电机在满步驱动运行时转子线圈的比较电压与参考电压进行比较得到的当前时刻的失步检测电平信号；其中，转子线圈的比较电压是将步进电机在满步驱动运行时转子线圈的电流进行转换得到；参考电压小于转子线圈在满步驱动周期内转子在正常运转速度下的峰值电流对应的第一峰值电压，大于转子线圈在满步驱动周期内转子在非正常运转速度时的峰值电流对应的第二峰值电压。

步骤804，若在所述满步驱动周期内各时刻的所述失步检测电平信号中未检测到高电平信号，则确定所述步进电机在所述满步驱动周期内失步。

步骤806，若步进电机在连续多个满步驱动周期内失步，则确定步进电机堵转。

其中，主控芯片中预先设置有堵转判断条件，堵转判断条件为若步进电机在预设个数的连续满步驱动周期内均失步，则确定步进电机发送堵转。可以理解的，连续满步驱动周期的具体个数根据步进电机的实际运行参数等情况设定。

具体地，主控芯片在根据电压比较器输出的失步检测电平信号确定步进电机在满步驱动周期内存在失步时，根据预设的堵转判断条件继续获取预设个数的连续满步驱动周期内电压比较器输出的失步检测电平信号，若确定步进电机在预设个数的连续满步驱动周期内均失步，则满足预设堵转判断条件，主控芯片确定步进电机堵转。

在其中一个实施例中，若步进电机在连续多个满步驱动周期内失步，则确定步进电机堵转，包括：获取多个满步驱动周期内的失步检测电平信号，根据各满步驱动周期内的失步检测电平信号生成第二波形图；对第二波形图进行多周期滤波处理，若第二波形图中存在预设连续个数满步驱动周期内未检测到矩形波，则确定步进电机堵转。

在其中一个实施例中，主控芯片在确定步进电机堵转后，可以控制步进电机停机，避免堵转对步进电机造成损害。

上述实施例中，通过获取连续多个满步驱动周期内步进电机的运行情况，在连续多个满步驱动周期内步进电机都失步时，确定步进电机发生堵转，及时准确的根据失步检测电平信号确定步进电机的运行情况，避免了步进电机因长时间堵转而损坏，提升了电机运行的安全性。

电压比较器在生成失步检测电平信号时，依据的是参考电压与转子线圈电压的比较结果，参考电压的选取与检测结果的准确性相关。

在一个实施例中，主控芯片通过获取所述步进电机的运行数据，根据所述运行数据确定参考电压。

具体地，步进电机使用时会受到如使用环境、使用方法等因素的影响，在满步驱动时，转子线圈输出的电流也会随之产生变化，若参考电压为出厂时即设置好的定值，在步进电机实际使用时，根据参考电压得到的失步检测电平信号会导致检测结果不准确，确定的步进电机运行状态也会出现偏差。

为了保证检测结果的准确性，在检测时，主控芯片获取步进电机当前时刻的运行数据，并根据运行数据确定当前时刻对应的参考电压，将参考电压输入至电压比较器中，电压比较器根据当前时刻的参考电压与当前时刻转子线圈的比较电压的比较结果，输出失步检测电平信号。通过步进电机的运行数据确定参考电压，可以保证参考电压能够适应影响因素对步进电机的影响，符合当前时刻步进电机的运行情况，进一步提升检测结果的准确性。

在一个实施例中，获取步进电机的运行数据，根据运行数据确定参考电压，包括：获取预设映射表，预设映射表记录运行数据与参考电压的映射关系。获取步进电机的运行数据，查找预设映射表，确定对应的参考电压。

其中，运行数据包括步进电机的使用时长、驱动电压和驱动负载中的至少一种。具体地，步进电机使用时长增加，步进电机内部设备会存在一定的老化现象，比如转子阻尼增加等，为了适应使用时长对步进电机运行的影响，参考电压的设置值要适度提高，以保证参考电压始终低于转子正常运转时转子线圈在满步驱动周期内的第一峰值电压，从而得到准确的检测结果。

步进电机的驱动电压是用于驱动步进电机进行运转的电压，驱动电压越高，步进电机的转子转速越快，流经转子线圈中的电流也会增大，正常转动时，转子线圈的电流在满步驱动周期内的峰值电流会相应增加，为了适应驱动电压对步进电机运行的影响，参考电压的设置值要适度增加，以提高检测结果的准确性。

步进电机的驱动负载为步进电机所要驱动的对象(如阀门)的负载，驱动负载越小，步进电机所需产生的力越小，为了适应驱动负载对步进电机运行的影响，参考电压的设置值要适度降低，以提高检测结果的准确性。

具体地，主控芯片预先存储有记录了运行数据与参考电压的映射关系的预设映射表。在进行检测时，主控芯片从存储系统中获取预设映射表，并基于获取到的步进电机的运行数据所携带的标识，从预设映射表中查找与其标识对应的参考电压，将此参考电压确定为当前时刻的参考电压，输入至电压比较器中与转子线圈的比较电压进行比较，获得失步检测电平信号。可以理解的，预设映射表是基于实验数据与经验数据生成的。

在本实施例中，根据步进电机的运行数据查找预设映射表，确定当前运行数据下对应使用的参考电压，保证进行比较生成失步检测电平信号的参考电压能够适应影响因素对步进电机的影响，符合当前时刻步进电机的运行情况，进一步提升检测结果的准确性。

在其中一个实施例中，步进电机首次运行检测时，根据步进电机的使用时长、驱动电压和驱动负载查找预设映射表，确定步进电机的参考电压。通过三种运行数据查找预设映射表，可以使步进电机首次运行检测时确定的参考电压更加准确，符合步进电机的运行环境。而在步进电机使用环境确定后，其对应的驱动电压和驱动负载大多不会发生改变，因此，在步进电机非首次运行检测时，可以仅根据步进电机的使用时长确定当前时刻的参考电压，简化查找流程。

当确定步进电机发生失步时，说明步进电机未按照脉冲信号的指令移动相应的步距，使驱动对象(如阀门)达到设定的开合度，为了更加精确的控制驱动对象的移动，在一个实施例中，主控芯片在确定步进电机失步后，还包括：生成补偿驱动信号，根据补偿驱动信号驱动转子线圈额外转动一个满步驱动周期。

具体地，主控芯片实时检测步进电机的运行状态，在确定步进电机失步后，主控芯片生成一个满步驱动信号作为补充驱动信号，根据补偿驱动信号驱动转子线圈额外转动一个满步驱动周期，补偿一个步距到步进电机的总移动步程中，精确控制驱动对象达到设定的开合度位置。

当确定步进电机堵转时，为了进一步了解电机堵转的情况，在一个实施例中，如图9所示，电机运行检测方法还包括以下步骤：

步骤902，生成反向驱动信号，根据反向驱动信号驱动转子线圈反向转动。

其中，反向驱动信号是用于产生与原驱动电流相位相反的电流的脉冲信号。步进电机的相电流及磁场遵循安培右手螺旋定律，控制电机电流的相位，就能够使电机定子的磁极方向发生反转。

具体地，主控芯片在确定步进电机在原电流相位对应的驱动方向上发送堵转时，生成用于产生与原驱动电流相位相反的电流的反向驱动信号，根据反向驱动信号驱动转子线圈反向转动。

步骤904，获取反向驱动周期内检测得到的反向失步检测电平信号。

具体地，获取步进电机在反向满步驱动运行时转子线圈的反向电压与参考电压进行比较得到的反向驱动周期内的反向失步检测电平信号。

可以理解的是，反向失步检测电平信号获取的过程与失步检测电平信号获取的过程相似。

步骤906，若连续多个反向驱动周期内未检测到高电平信号，则确定步进电机双向堵转。

具体地，主控芯片若在连续多个反向满步驱动周期内的反向失步检测电平信号中未检测到高电平信号，说明在各反向满步驱动周期内转子仍未正常转动，即转子双相均无法正常转动，确定步进电机的堵转为双向堵转。

在其中一个实施例中，若在反向驱动周期内检测到高电平信号，则确定步进电机单向堵转。

在其中一个实施例中，确定步进电机的堵转类型后，根据步进电机的堵转类型按照不同的处理策略进行处理。例如，当确定步进电机为单向堵转时，控制步进电机转向运转；当确定步进电机为双向堵转时，控制步进电机停机。

上述实施例中，在确定步进电机发生堵转时，通过生成反向驱动信号驱动步进电机的转子线圈反向转动，根据检测得到的反向失步检测电平信号在确定步进电机堵转的同时还可以确定步进电机的堵转类型，有利于根据步进电机的运行情况，及时对步进电机进行处理，避免了步进电机因长时间堵转而损坏，提升了电机运行的安全性。

在一个实施例中，如图10所示，提供了一种电机运行检测方法，以该方法应用于温控阀中为例进行说明。

首先，电机运行检测方法中各个信号的流向如图11所示，具体地，主控芯片MCU根据预设温控阀阀门开合度生成满步驱动控制信号，满步驱动控制信号中包括驱动脉冲信号与方向信号，主控芯片将满步驱动控制信号输送至步进电机驱动电路，控制步进电机驱动电路生成相电流，将相电流输入至转子线圈中。

转子线圈通电后，电能产生磁场，在磁场作用下转子发生转动，驱动温阀门机构中的温控阀阀门移动相应的步程。

电流检测电路采集流经转子线圈的电流，将转子线圈的电流形态经由电流传感电阻进行电流/电压转换，转换好的电压形态经过电压放大电路放大并进行低通滤波，得到转子线圈的比较电压，转子线圈的比较电压输入至电压比较器中，电压比较器基于比较电压中各个电压值确定比较电压的峰值电压。

电压比较器接收主控芯片基于步进电机的使用时长、驱动电压和驱动负载等运行数据查找得到的当前时刻的参考电压，并将转子线圈的峰值电压与参考电压进行比较，生成失步检测电平信号，将失步检测电平信号发送至主控芯片中进行判断，确定步进电机的运行状态。

主控芯片接收失步检测电平信号，根据失步检测电平信号得到对应的波形图，对波形图进行判断，若满步驱动周期内的波形图中未检测到矩形波，则确定步进电机在满步驱动周期内失步。主控芯片在确定步进电机失步后，生成补偿驱动信号，根据补偿驱动信号驱动转子线圈额外转动一个满步驱动周期。

若主控芯片在连续多个满步驱动周期内的波形图中未检测到矩形波，则确定步进电机堵转。主控芯片在确定步进电机发生堵转后，生成反向驱动信号，根据反向驱动信号驱动转子线圈反向转动，获取反向驱动周期内检测得到的反向失步检测电平信号，若主控芯片在连续多个反向驱动周期内未检测到矩形波，则确定步进电机双向堵转。

本实施例中，通过采用软硬件结合的方法，实现步进电机的闭环控制、步进电机运行状态检测，进而达到了精确控制温控阀阀门的目的。

应该理解的是，虽然如上的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的电机运行检测方法的电机运行检测装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个电机运行检测装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于电机运行检测方法的限定，在此不再赘述。

在一个实施例中，如图12所示，提供了一种电机运行检测装置1200，包括：信号获取模块1201和失步分析模块1202，其中：

信号获取模块1201，用于获取步进电机在满步驱动运行时转子线圈的比较电压与参考电压进行比较得到的当前时刻的失步检测电平信号；其中，转子线圈的比较电压是将步进电机在满步驱动运行时转子线圈的电流进行转换得到；参考电压小于在满步驱动周期内转子在正常运转速度时，转子线圈的第一峰值电流对应的第一峰值电压，大于在满步驱动周期内转子在非正常运转速度时，转子线圈的第二峰值电流对应的第二峰值电压。

失步分析模块1202，用于若在满步驱动周期内各时刻的失步检测电平信号中未检测到高电平信号，则确定步进电机在满步驱动周期内失步。

上述电机运行检测装置，根据步进电机在满步驱动下，转子线圈在转子正常运转和非正常运转时电流周期性变化形态不同，转子线圈在转子正常运转时在满步驱动周期内的峰值电流高于转子未正常运转时的峰值电流的特点，将转子线圈的电流转换为比较电压，并设定小于转子线圈在满步驱动周期内转子正常运转时的峰值电流对应的第一峰值电压，大于转子线圈在满步驱动周期内转子在非正常运转速度时的峰值电流对应的第二峰值电压的值作为为参考电压，根据满步驱动运行时转子线圈的电压和参考电压进行比较得到的失步检测电平信号确定步进电机的运行状态。若满步驱动周期各时刻的失步检测电平信号中未检测到高电平信号，说明在满步驱动周期内转子线圈的峰值电流较小，转子未正常转动，即步进电机在满步驱动周期内失步。通过流经转子线圈的电流在不同运行状态下的形态不同，确定步进电机的运行状态，整个检测过程不需要借助其他测量设备，降低了步进电机运行检测的使用成本，提升了步进运行检测结果的准确性。

在一个实施例中，失步分析模块还用于：根据满步驱动周期内各时刻的失步检测电平信号，得到对应的波形图；若满步驱动周期内的波形图中未检测到矩形波，则确定步进电机在满步驱动周期内失步。

在一个实施例中，电机运行检测装置还包括：堵转分析模块，用于若步进电机在连续多个满步驱动周期内失步，则确定步进电机堵转。

在一个实施例中，电机运行检测装置还包括：参考电压确定模块，用于获取步进电机的运行数据，根据运行数据确定参考电压。

在一个实施例中，参考电压确定模块还用于：获取预设映射表，预设映射表记录运行数据与参考电压的映射关系；获取步进电机的运行数据，查找预设映射表，确定对应的参考电压；运行数据包括步进电机的使用时长、驱动电压和驱动负载中的至少一种。

在一个实施例中，电机运行检测装置还包括：补偿驱动模块，用于生成补偿驱动信号，根据补偿驱动信号驱动转子线圈额外转动一个满步驱动周期。

在一个实施例中，电机运行检测装置还包括：堵转类型分析模块，用于生成反向驱动信号，根据反向驱动信号驱动转子线圈反向转动；获取反向驱动周期内检测得到的反向失步检测电平信号；若连续多个反向驱动周期内未检测到高电平信号，则确定步进电机双向堵转。

上述电机运行检测装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是主控芯片，其内部结构图可以如图13所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储参考电压、预设映射表等。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种电机运行检测方法。

本领域技术人员可以理解，图13中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，可以为本申请中的主控芯片，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以上各电机运行检测方法实施例中的步骤。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以上各电机运行检测方法实施例中的步骤。

在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以上各电机运行检测方法实施例中的步骤。

需要说明的是，本申请所涉及的用户信息(包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等)和数据(包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等)，均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(ReRAM)、磁变存储器(Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM)、铁电存储器(Ferroelectric Random Access Memory，FRAM)、相变存储器(Phase Change Memory，PCM)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic RandomAccess Memory，DRAM)等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。

以上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本申请专利范围的限制。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，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电机运行检测方法，其特征在于，所述方法包括：

获取步进电机在满步驱动运行时转子线圈的比较电压与参考电压进行比较得到的当前时刻的失步检测电平信号；其中，所述转子线圈的比较电压是将所述步进电机在满步驱动运行时所述转子线圈的电流进行转换得到；所述参考电压小于在所述满步驱动周期内转子在正常运转速度时，所述转子线圈的第一峰值电流对应的第一峰值电压，大于在所述满步驱动周期内所述转子在非正常运转速度时，所述转子线圈的第二峰值电流对应的第二峰值电压；

若在所述满步驱动周期内各时刻的所述失步检测电平信号中未检测到高电平信号，则确定所述步进电机在所述满步驱动周期内失步。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若在所述满步驱动周期内各时刻的所述失步检测电平信号中未检测到高电平信号，则确定所述步进电机在所述满步驱动周期内失步，包括：

根据所述满步驱动周期内各时刻的所述失步检测电平信号，得到对应的波形图；

若所述满步驱动周期内的波形图中未检测到矩形波，则确定所述步进电机在所述满步驱动周期内失步。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

若所述步进电机在连续多个所述满步驱动周期内失步，则确定所述步进电机堵转。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取所述步进电机的运行数据，根据所述运行数据确定参考电压。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述获取所述步进电机的运行数据，根据所述运行数据确定参考电压，包括：

获取预设映射表，所述预设映射表记录所述运行数据与所述参考电压的映射关系；

获取所述步进电机的运行数据，查找所述预设映射表，确定对应的参考电压；所述运行数据包括所述步进电机的使用时长、驱动电压和驱动负载中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述确定所述步进电机失步后，还包括：

生成补偿驱动信号，根据所述补偿驱动信号驱动所述转子线圈额外转动一个所述满步驱动周期。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述确定所述步进电机堵转后，还包括：

生成反向驱动信号，根据所述反向驱动信号驱动所述转子线圈反向转动；

获取反向驱动周期内检测得到的反向失步检测电平信号；

若连续多个反向驱动周期内未检测到所述高电平信号，则确定所述步进电机双向堵转。

8.一种电机运行检测装置，其特征在于，所述装置包括：

信号获取模块，用于获取步进电机在满步驱动运行时转子线圈的比较电压与参考电压进行比较得到的当前时刻的失步检测电平信号；其中，所述转子线圈的比较电压是将所述步进电机在满步驱动运行时所述转子线圈的电流进行转换得到；所述参考电压小于在所述满步驱动周期内转子在正常运转速度时，所述转子线圈的第一峰值电流对应的第一峰值电压，大于在所述满步驱动周期内所述转子在非正常运转速度时，所述转子线圈的第二峰值电流对应的第二峰值电压；

失步分析模块，用于若在所述满步驱动周期内各时刻的所述失步检测电平信号中未检测到高电平信号，则确定所述步进电机在所述满步驱动周期内失步。

9.一种电机控制装置，其特征在于，所述装置包括：电流检测电路、电压转换电路、电压比较器以及主控芯片，所述电流检测电路的输入端与步进电机的转子线圈连接，输出端与所述电压转换电路的输入端连接，所述电压转换电路的输出端与所述电压比较器的同相端连接，所述电压比较器的反相端接入参考电压，所述电压比较器的输出端与所述主控芯片连接；

所述电流检测电路采集所述步进电机在满步驱动运行时所述转子线圈的电流，所述电压转换电路将所述转子线圈的电流转换成所述转子线圈的比较电压，所述电压比较器根据所述转子线圈的比较电压与参考电压的比较结果输出当前时刻的失步检测电平信号；所述主控芯片，用于获取所述失步检测电平信号，若在所述满步驱动周期内各时刻的所述失步检测电平信号中未检测到高电平信号，则确定所述步进电机在所述满步驱动周期内失步。

10.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。

Images