CN116260364A - 一种步进电机的失速检测方法、系统、装置及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种步进电机的失速检测方法、系统、装置及存储介质，涉及电机控制领域。该方案中，根据步进电机各相的电流信号确定至少一相电流信号的上升阶段；对上升阶段的PWM斩波周期进行计数，得到PWM斩波周期个数；根据PWM斩波周期个数确定步进电机是否失速。可见，本申请中通过对步进电机各相的电流信号的波形进行分析，可以确定各相电流的上升阶段，进而通过对上升阶段对应的PWM斩波周期计数，获得步进电机失速的信息，可以实现对步进电机失速现象的检测，还无需使用传感器件，避免了对额外器件的依赖，从而减少了成本。

Description

一种步进电机的失速检测方法、系统、装置及存储介质

技术领域

本申请涉及电机控制领域，特别涉及一种步进电机的失速检测方法、系统、装置及存储介质。

背景技术

步进电机具有结构简单、控制精度高等优点，在各种电力控制系统中得到广泛应用。但是，步进电机由于容易失速，其静止扭矩小，控制系统往往需要采用闭环并通过检测失速状态来保证精度和可靠性。现有检测步进电机失速的方法多采用传感器件（如霍尔元件）进行采样，传感器件的信号变化率低于阀值时判定步进电机失速。但这种方式的缺点是：传感器件的性能对检测精度产生很大的影响，还需要增加传感器件的成本，不利于产品的推广和应用。

因此，需要提供一种检测精度高、稳定可靠的步进电机的失速检测方法，以及时检测出步进电机的失速现象。

发明内容

本申请的目的是提供一种步进电机的失速检测方法、系统、装置及存储介质，通过对步进电机各相的电流信号的波形进行分析，可以确定各相电流的上升阶段，进而通过对上升阶段对应的PWM斩波周期计数，获得步进电机失速的信息，可以实现对步进电机失速现象的检测，还无需使用传感器件，避免了对额外器件的依赖，从而减少了成本。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种步进电机的失速检测方法，包括：

根据所述步进电机各相的电流信号确定至少一相电流信号的上升阶段；

对所述上升阶段的PWM斩波周期进行计数，得到PWM斩波周期个数；

根据所述PWM斩波周期个数确定所述步进电机是否失速。

优选地，根据所述PWM斩波周期个数确定所述步进电机是否失速，包括：

判断所述PWM斩波周期个数是否大于预设阈值；

若是，则判定所述步进电机失速。

优选地，所述预设阈值的确定方式为：

获取所述步进电机所连接的负载值；

根据负载值-阈值映射关系确定与所述负载值对应的预设阈值。

优选地，对所述上升阶段的PWM斩波周期进行计数，得到PWM斩波周期个数，包括：

对当前上升阶段的PWM斩波周期进行计数，得到第一PWM斩波周期个数；

对下一上升阶段的PWM斩波周期进行计数，得到第二PWM斩波周期个数；

根据所述PWM斩波周期个数确定所述步进电机是否失速，包括：

根据所述第一PWM斩波周期个数和所述第二PWM斩波周期个数确定所述步进电机是否失速。

优选地，对当前上升阶段的PWM斩波周期进行计数，得到第一PWM斩波周期个数之后，还包括：

将所述第一PWM斩波周期个数写入寄存器；

对下一上升阶段的PWM斩波周期进行计数，得到第二PWM斩波周期个数之后，还包括：

从所述寄存器中读取所述第一PWM斩波周期个数，并进入根据所述第一PWM斩波周期个数和所述第二PWM斩波周期个数确定所述步进电机是否失速的步骤。

优选地，根据所述第一PWM斩波周期个数和所述第二PWM斩波周期个数确定所述步进电机是否失速，包括：

计算所述第二PWM斩波周期个数与所述第一PWM斩波周期个数的差值；

在所述差值大于差值阈值时，判定所述步进电机失速。

优选地，还包括：

根据所述步进电机中桥式电路的开关状态确定PWM斩波周期。

为解决上述技术问题，本申请还提供了一种步进电机的失速检测系统，包括：

阶段确定单元，用于根据所述步进电机各相的电流信号确定至少一相电流信号的上升阶段；

计数单元，用于对所述上升阶段的PWM斩波周期进行计数，得到PWM斩波周期个数；

判定单元，用于根据所述PWM斩波周期个数确定所述步进电机是否失速。

为解决上述技术问题，本申请还提供了一种步进电机的失速检测装置，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于在存储计算机程序时，实现如上述所述的步进电机的失速检测方法的步骤。

为解决上述技术问题，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质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如上述所述的步进电机的失速检测方法的步骤。

本申请提供了一种步进电机的失速检测方法、系统、装置及存储介质，涉及电机控制领域。该方案中，根据步进电机各相的电流信号确定至少一相电流信号的上升阶段；对上升阶段的PWM斩波周期进行计数，得到PWM斩波周期个数；根据PWM斩波周期个数确定步进电机是否失速。可见，本申请中通过对步进电机各相的电流信号的波形进行分析，可以确定各相电流的上升阶段，进而通过对上升阶段对应的PWM斩波周期计数，获得步进电机失速的信息，可以实现对步进电机失速现象的检测，还无需使用传感器件，避免了对额外器件的依赖，从而减少了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的一种步进电机的原理图；

图2为本申请提供的一种步进电机内的桥式电路的动作流程图；

图3为本申请提供的一种PWM斩波周期的示意图；

图4为本申请提供的一种桥式电路中线圈上的电流变化示意图；

图5为本申请提供的一种正常电流和失速电流的对比示意图；

图6为本申请提供的一种步进电机的失速检测方法的流程示意图；

图7为本申请提供的一种步进电机的失速检测系统的结构框图；

图8为本申请提供的一种步进电机的失速检测装置的结构框图。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种步进电机的失速检测方法、系统、装置及存储介质，通过对步进电机各相的电流信号的波形进行分析，可以确定各相电流的上升阶段，进而通过对上升阶段对应的PWM斩波周期计数，获得步进电机失速的信息，可以实现对步进电机失速现象的检测，还无需使用传感器件，避免了对额外器件的依赖，从而减少了成本。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在描述本申请之前，首先对步进电机的原理进行描述：

具体地，步进电机是通过电流变化来控制运动的，当电机的控制电流变化时，磁场会拉着转子转动变化位置，可参照图1、图2和图3，图1为本申请提供的一种步进电机的原理图，图2为本申请提供的一种步进电机内的桥式电路的动作流程图，图3为本申请提供的一种PWM斩波周期的示意图。在运行过程中，需要将电流变化或保持在需要的位置，这就需要PWM脉宽调制，通过控制桥式电路中四个开关的打开与关闭，得到图3中的3个状态，导通状态电流正向流过线圈，线圈电流大小增加。当电流到达目标电流值时进入关闭状态，关闭状态会使得电流反向流过线圈，电流减小。慢衰减会打开桥式电路中上桥臂的两个开关或者下桥臂的两个开关，让线圈电流通过电容电感缓慢下降。在经过一段时间后再次进入导通状态。通过控制3个状态的持续时间，使线圈电流大小在目标电流值附近波动，通过不断的PWM斩波来稳定到需要的电流值，控制电机运行，线圈上的电流变化如图4所示，图4为本申请提供的一种桥式电路中线圈上的电流变化示意图。

但当电机发生失速情况时，线圈上的电流上升速度会比正常情况快，请参照图5，图5为本申请提供的一种正常电流和失速电流的对比示意图。从图5可以看出来，当发生失速情况时，快速的电流上升速度会增加PWM斩波周期的个数，所以本申请中通过计算并比较一定时间内的PWM斩波周期的个数的变化，来判断电机的运动情况。

请参照图6，图6为本申请提供的一种步进电机的失速检测方法的流程示意图，该方法包括：

S11：根据步进电机各相的电流信号确定至少一相电流信号的上升阶段；

具体地，从上述原理可以看出，在步进电机失速时，主要表现在电流上升阶段过程中PWM斩波周期的个数变化，因此，本申请中所采用的技术手段为，采集电流信号上升阶段中的PWM斩波周期。

首先，需要根据步进电机的电流信号确定电流信号的上升阶段，以便于对上升阶段过程中的PWM斩波周期的个数进行计数。

其中，步进电机可以为两相步进电机，也可以为三相步进电机，无论步进电机为几相步进电机，步进电机中的任意一项电流信号上升阶段过程中的PWM斩波周期个数均可以反应步进电机是否失速的情况。

以下是实施例中，以两相步进电机为例，则可以是根据A相的电流信号确定A相电流信号的上升阶段，和/或根据B相的电流信号确定B相电流信号的上升阶段。

在一个具体实施例中，步进电机中设置有用于检测各相电流信号的检测装置，确定电流信号的上升阶段的方式可以为：在接收到检测装置输出的信号时，确定进入电流信号的上升阶段，此时触发S12。

S12：对上升阶段的PWM斩波周期进行计数，得到PWM斩波周期个数；

S13：根据PWM斩波周期个数确定步进电机是否失速。

具体地，电机正常运行状态下，上升阶段中包括的PWM斩波周期个数为固定值，或者稳定在固定值的预设范围内。而在失速情况下，上升阶段中包括的PWM斩波周期个数大于固定值。

基于上述原理，本申请中通过对上升阶段的PWM斩波周期的个数进行计数，以得到PWM斩波周期个数，根据此PWM斩波周期个数确定步进电机是否出现失速的情况。

作为一种优选的实施例，还包括：

根据步进电机中桥式电路的开关状态确定PWM斩波周期。

具体地，对PWM斩波周期进行计数的具体方式为：根据桥式电路中的开关状态确定一个PWM斩波周期，具体地，在检测到图2中的3个开关状态时，判定为一个PWM斩波周期。

作为一种优选的实施例，根据PWM斩波周期个数确定步进电机是否失速，包括：

判断PWM斩波周期个数是否大于预设阈值；

若是，则判定步进电机失速。

在一个具体实施例中，确定步进电机是否失速的具体方式为：将上升阶段中采集到的PWM斩波周期个数与预设阈值进行比较，若PWM斩波周期个数大于预设阈值，则判定上升阶段中PWM斩波周期的个数过多，此时，判定步进电机发生失速现象。否则，判定步进电机未发生失速现象。

作为一种优选的实施例，预设阈值的确定方式为：

获取步进电机所连接的负载值；

根据负载值-阈值映射关系确定与负载值对应的预设阈值。

具体地，在步进电机所带的负载值不同时，电流上升阶段中所包含的PWM斩波周期个数不同，因此，在将上升阶段中的PWM斩波周期个数与预设阈值进行比较时，需要先确定与步进电机连接的负载值对应的预设阈值，然后使用此预设阈值与上升阶段中的PWM斩波周期个数进行比较。

其中，确定预设阈值的方式可以为：预先存储有负载值-预设阈值的对应关系，在确定步进电机的负载值之后，根据确定的负载值和对应关系确定与负载值对应的预设阈值。

可见，通过本实施例中的方式可以确定与负载对应的预设阈值，以便于和上升阶段中的PWM斩波周期个数进行比较，进而可以实现对步进电机是否发生失速的判断。

作为一种优选的实施例，对上升阶段的PWM斩波周期进行计数，得到PWM斩波周期个数，包括：

对当前上升阶段的PWM斩波周期进行计数，得到第一PWM斩波周期个数；

对下一上升阶段的PWM斩波周期进行计数，得到第二PWM斩波周期个数；

根据PWM斩波周期个数确定步进电机是否失速，包括：

根据第一PWM斩波周期个数和第二PWM斩波周期个数确定步进电机是否失速。

进一步的，考虑到将采集到的PWM斩波周期个数和预设阈值进行比较时，还需要设置电路以采集步进电机所连接的负载值，还需要设置电路，实现方式负载，成本较高。

因此本申请中还提供了一种确定步进电机是否失速的具体实现方式：具体地，分别采集连续两个上升阶段中的PWM斩波周期个数，然后将第一个上升阶段作为当前上升阶段，讲第二个上升阶段作为下一上升阶段，将当前上升阶段中采集到的PWM斩波周期个数作为第一PWM斩波周期个数，将下一上升阶段中采集到的PWM斩波周期个数作为第二PWM斩波周期个数。

作为一种优选的实施例，根据第一PWM斩波周期个数和第二PWM斩波周期个数确定步进电机是否失速，包括：

计算第二PWM斩波周期个数与第一PWM斩波周期个数的差值；

在差值大于差值阈值时，判定步进电机失速。

在正常情况下，第一PWM斩波周期个数和第二PWM斩波周期个数完全相相同，或者差值不大于预设值。在失速情况下，第一PWM斩波周期个数和第二PWM斩波周期个数之间差值大于差值阈值，其中，差值阈值远大于预设值。因此，本申请中通过第一PWM斩波周期个数和第二PWM斩波周期个数确定步进电机是否失速。

可见，本实施例中的方式无需设置采集步进电机所连接的负载值的电路，实现方式简单，成本较低。

作为一种优选的实施例，对当前上升阶段的PWM斩波周期进行计数，得到第一PWM斩波周期个数之后，还包括：

将第一PWM斩波周期个数写入寄存器；

对下一上升阶段的PWM斩波周期进行计数，得到第二PWM斩波周期个数之后，还包括：

从寄存器中读取第一PWM斩波周期个数，并进入根据第一PWM斩波周期个数和第二PWM斩波周期个数确定步进电机是否失速的步骤。

具体地，根据第一PWM斩波周期个数和第二PWM斩波周期个数确定步进电机是否失速的具体实现方式为：在获取到第一PWM斩波周期个数之后，将第一PWM斩波周期个数写入寄存器中，或者暂存与其他存储模块中。并在获取到第二PWM斩波周期个数之后，从寄存器中读取第一PWM斩波周期个数，以根据第一PWM斩波周期个数和第二PWM斩波周期个数确定步进电机是否失速。

为解决上述技术问题，本申请还提供了一种步进电机的失速检测系统，请参照图7，图7为本申请提供的一种步进电机的失速检测系统的结构框图，该系统包括：

阶段确定单元71，用于根据步进电机各相的电流信号确定至少一相电流信号的上升阶段；

计数单元72，用于对上升阶段的PWM斩波周期进行计数，得到PWM斩波周期个数；

判定单元73，用于根据PWM斩波周期个数确定步进电机是否失速。

对于步进电机的失速检测系统的介绍请参照上述实施例，本申请在此不再赘述。

为解决上述技术问题，本申请还提供了一种步进电机的失速检测装置，请参照图8，图8为本申请提供的一种步进电机的失速检测装置的结构框图，该装置包括：

存储器81，用于存储计算机程序；

处理器82，用于在存储计算机程序时，实现如上述的步进电机的失速检测方法的步骤。对于步进电机的失速检测装置的介绍请参照上述实施例，本申请在此不再赘述。

为解决上述技术问题，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述的步进电机的失速检测方法的步骤。对于计算机可读存储介质的介绍请参照上述实施例，本申请在此不再赘述。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物品或者设备不仅包括那些要素，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、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的状况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种步进电机的失速检测方法，其特征在于，包括：

根据所述步进电机各相的电流信号确定至少一相电流信号的上升阶段；

对所述上升阶段的PWM斩波周期进行计数，得到PWM斩波周期个数；

根据所述PWM斩波周期个数确定所述步进电机是否失速。

2.如权利要求1所述的步进电机的失速检测方法，其特征在于，根据所述PWM斩波周期个数确定所述步进电机是否失速，包括：

判断所述PWM斩波周期个数是否大于预设阈值；

若是，则判定所述步进电机失速。

3.如权利要求2所述的步进电机的失速检测方法，其特征在于，所述预设阈值的确定方式为：

获取所述步进电机所连接的负载值；

根据负载值-阈值映射关系确定与所述负载值对应的预设阈值。

4.如权利要求1所述的步进电机的失速检测方法，其特征在于，对所述上升阶段的PWM斩波周期进行计数，得到PWM斩波周期个数，包括：

对当前上升阶段的PWM斩波周期进行计数，得到第一PWM斩波周期个数；

对下一上升阶段的PWM斩波周期进行计数，得到第二PWM斩波周期个数；

根据所述PWM斩波周期个数确定所述步进电机是否失速，包括：

根据所述第一PWM斩波周期个数和所述第二PWM斩波周期个数确定所述步进电机是否失速。

5.如权利要求4所述的步进电机的失速检测方法，其特征在于，对当前上升阶段的PWM斩波周期进行计数，得到第一PWM斩波周期个数之后，还包括：

将所述第一PWM斩波周期个数写入寄存器；

对下一上升阶段的PWM斩波周期进行计数，得到第二PWM斩波周期个数之后，还包括：

从所述寄存器中读取所述第一PWM斩波周期个数，并进入根据所述第一PWM斩波周期个数和所述第二PWM斩波周期个数确定所述步进电机是否失速的步骤。

6.如权利要求4所述的步进电机的失速检测方法，其特征在于，根据所述第一PWM斩波周期个数和所述第二PWM斩波周期个数确定所述步进电机是否失速，包括：

计算所述第二PWM斩波周期个数与所述第一PWM斩波周期个数的差值；

在所述差值大于差值阈值时，判定所述步进电机失速。

7.如权利要求1-6任一项所述的步进电机的失速检测方法，其特征在于，还包括：

根据所述步进电机中桥式电路的开关状态确定PWM斩波周期。

8.一种步进电机的失速检测系统，其特征在于，包括：

阶段确定单元，用于根据所述步进电机各相的电流信号确定至少一相电流信号的上升阶段；

计数单元，用于对所述上升阶段的PWM斩波周期进行计数，得到PWM斩波周期个数；

判定单元，用于根据所述PWM斩波周期个数确定所述步进电机是否失速。

9.一种步进电机的失速检测装置，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于在存储计算机程序时，实现如权利要求1-7任一项所述的步进电机的失速检测方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质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如权利要求1-7任一项所述的步进电机的失速检测方法的步骤。

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