CN116599394A - 步进电机控制方法、电子设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种步进电机控制方法、电子设备及存储介质。方法包括：获取步进电机的控制指令；基于所述控制指令生成对应的控制脉冲信号，其中，在生成所述控制脉冲信号的过程中，通过所述控制指令控制所述控制脉冲信号在每个目标抖动时段内的电平或每个目标抖动时段内至少部分时段的时长，以使得所述步进电机的绕组磁场在不同目标抖动时段内保持一致或者所述绕组磁场在每个目标抖动时段内的变化频率等于目标变化频率，所述控制脉冲信号用于控制所述步进电机的各绕组线圈上的电流以形成所述绕组磁场；输出所述控制脉冲信号，以控制所述步进电机运行。该方案能够防止电机抖动，有效避免电机失步现象的发生。

Description

步进电机控制方法、电子设备及存储介质

技术领域

本发明涉及步进电机技术领域，更具体地涉及一种步进电机控制方法、电子设备及存储介质。

背景技术

步进电机是一种基于电脉冲信号控制的固定角位移转动的开环控制电机。步进电机的控制器通过内部逻辑，产生固定时序逻辑的脉冲信号，触发电机绕组磁场按照一定逻辑变换，从而实现电机转子的方向转变、速度调整、启动和停止的逻辑控制。步进电机因运行稳定的特性，在智能制造、机器人、智能仓储、智能医疗等场景得到了广泛的应用。

然而，步进电机在运动过程中存在失步的现象。导致步进电机出现失步的因素有很多，如负载阻力过大、驱动器控制时序逻辑错乱、控制脉冲不规律、电机转子抖动等都可能引起电机失步的现象。常规步进电机失步的解决方案，主要是通过电机在出现失步之后，对失步现象进行反馈补偿。通过增加额外的装置对电机进行监控，再通过计算得到合理的补偿数据，转换为对应补偿的步数。

上述方案只能在，不能实现对电机失步的预防，且失步之后进行补偿容易出现误差。

发明内容

考虑到上述问题而提出了本发明。本发明提供了一种步进电机控制方法、电子设备及存储介质。

根据本发明一方面，提供了一种步进电机控制方法，包括：获取步进电机的控制指令；基于所述控制指令生成对应的控制脉冲信号，其中，在生成所述控制脉冲信号的过程中，通过所述控制指令控制所述控制脉冲信号在每个目标抖动时段内的电平或每个目标抖动时段内至少部分时段的时长，以使得所述步进电机的绕组磁场在不同目标抖动时段内保持一致或者所述绕组磁场在每个目标抖动时段内的变化频率等于目标变化频率，所述控制脉冲信号用于控制所述步进电机的各绕组线圈上的电流以形成所述绕组磁场；输出所述控制脉冲信号，以控制所述步进电机运行。

示例性地，所述控制指令包括单步运行控制指令，所述单步运行控制指令用于控制所述步进电机单步运行，所述目标抖动时段包括每两个相邻脉冲周期之间的时段，每个脉冲周期对应于所述步进电机运行一步，所述步进电机包括多个绕组线圈，所述控制脉冲信号包括与所述多个绕组线圈一一对应的多个线圈脉冲信号，通过所述控制指令控制所述控制脉冲信号在每个目标抖动时段内的电平，包括：在每两个相邻脉冲周期之间，通过所述单步运行控制指令将所述多个绕组线圈各自对应的线圈脉冲信号的电平重置为目标电平，所述目标电平为高电平或低电平。

示例性地，所述步进电机包括多个绕组线圈，所述控制脉冲信号包括与所述多个绕组线圈一一对应的多个线圈脉冲信号，所述在每两个相邻脉冲周期之间，通过所述控制指令重置所述控制脉冲信号的电平，包括：在每两个相邻脉冲周期之间，通过所述控制指令将所述多个绕组线圈各自对应的线圈脉冲信号的电平重置为目标电平；其中，所述目标电平为对应绕组线圈的失电状态所对应的电平。

示例性地，所述控制指令包括连续运行控制指令，所述连续运行控制指令用于控制所述步进电机连续运行，所述目标抖动时段包括第一抖动时段和第二抖动时段，所述第一抖动时段包括每个脉冲周期，所述第二抖动时段包括每个脉冲周期与下一脉冲周期之间的时段，每个脉冲周期对应于所述步进电机运行一步，通过所述控制指令控制每个目标抖动时段内至少部分时段的时长，包括：通过所述控制指令控制所述控制脉冲信号中任一当前第二抖动时段的时长等于第一目标值，所述至少部分时段包括所述第二抖动时段；其中，所述第一目标值等于位于所述当前第二抖动时段之前的第一抖动时段内的每两个相邻脉冲之间的时间间隔，对于所述当前第二抖动时段，所述目标变化频率等于位于所述当前第二抖动时段之前的第一抖动时段内的脉冲频率。

示例性地，所述控制指令包括调速指令，所述目标抖动时段包括第一抖动时段，所述第一抖动时段包括每个脉冲周期，所述调速指令用于控制所述步进电机调整运行速度，通过所述控制指令控制每个目标抖动时段内至少部分时段的时长，包括：通过所述控制指令控制每个第一抖动时段内每个脉冲的持续时间由第二目标值调整为第三目标值，其中，所述第二目标值等于第一周期时长与每个脉冲周期内的脉冲个数之比，所述第一周期时长为与调整前的运行速度相对应的周期时长，所述第三目标值等于第二周期时长与每个脉冲周期内的脉冲个数之比，所述第二周期时长为与调整后的运行速度相对应的周期时长，对于任一第一抖动时段，所述目标变化频率等于每个脉冲周期内的脉冲个数与当前周期时长之比，任一周期时长与对应运行速度成反比。

示例性地，所述调速指令为加速指令，所述第二目标值大于所述第三目标值。

示例性地，所述调速指令为减速指令，所述第二目标值小于所述第三目标值。

根据本发明另一方面，提供了一种电子设备，包括处理器和存储器，其中，所述存储器中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被所述处理器运行时用于执行上述的步进电机控制方法。

示例性地，所述处理器包括相互可通信连接的主控芯片和电机控制芯片，所述主控芯片用于生成所述控制指令；所述电机控制芯片用于基于所述控制指令生成所述控制脉冲信号并将所述控制脉冲信号输出至所述步进电机。

示例性地，所述设备还包括所述步进电机，与所述处理器连接，用于在所述处理器输出的所述控制脉冲信号的控制下运行。

根据本发明另一方面，提供了一种存储介质，在所述存储介质上存储了程序指令，其中，所述程序指令在运行时用于执行上述的步进电机控制方法。

根据本发明实施例的步进电机控制方法、电子设备及存储介质，通过控制脉冲信号在每个目标抖动时段内的电平或每个目标抖动时段内至少部分时段的时长，能够实现对步进电机绕组磁场的大小和变化频率的控制，从而能够通过控制绕组磁场的大小和变化频率，防止电机内的转子抖动，进而防止电机抖动。该方案能够防止电机抖动，有效避免电机失步现象的发生。

附图说明

通过结合附图对本发明实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。

图1示出用于实现根据本发明实施例的步进电机控制方法的示例电子设备的示意性框图；

图2示出根据本申请一个实施例的步进电机控制方法的示意性流程图；

图3示出根据本申请一个实施例的控制脉冲信号的时序示意图；

图4示出根据本申请另一个实施例的控制脉冲信号的时序示意图；

图5示出根据本申请又一个实施例的控制脉冲信号的时序示意图；

图6示出根据本发明一个实施例的步进电机控制装置的示意性框图；

图7示出根据本发明一个实施例的步进电机控制系统的示意性框图；以及

图8示出了根据本申请一个实施例的电子设备实现步进电机控制的示意性流程图。

具体实施方式

近年来，基于人工智能的计算机视觉、深度学习、机器学习、图像处理、图像识别等技术研究取得了重要进展。人工智能(Artificial Intelligence，AI)是研究、开发用于模拟、延伸人的智能的理论、方法、技术及应用系统的新兴科学技术。人工智能学科是一门综合性学科，涉及芯片、大数据、云计算、物联网、分布式存储、深度学习、机器学习、神经网络等诸多技术种类。计算机视觉作为人工智能的一个重要分支，具体是让机器识别世界，计算机视觉技术通常包括人脸识别、图像处理、指纹识别与防伪验证、生物特征识别、人脸检测、行人检测、目标检测、行人识别、图像处理、图像识别、图像语义理解、图像检索、文字识别、视频处理、视频内容识别、三维重建、虚拟现实、增强现实、同步定位与地图构建(SLAM)、计算摄影、机器人导航与定位等技术。随着人工智能技术的研究和进步，该项技术在众多领域展开了应用，例如城市管理、交通管理、楼宇管理、园区管理、人脸通行、人脸考勤、物流管理、仓储管理、机器人、智能营销、计算摄影、手机影像、云服务、智能家居、穿戴设备、无人驾驶、自动驾驶、智能医疗、人脸支付、人脸解锁、指纹解锁、人证核验、智慧屏、智能电视、摄像机、移动互联网、网络直播、美颜、美妆、医疗美容、智能测温等领域。

为了使得本申请的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参照附图详细描述根据本申请的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，应理解，本申请不受这里描述的示例实施例的限制。基于本申请中描述的本申请实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所得到的所有其它实施例都应落入本申请的保护范围之内。

本申请实施例提供了一种步进电机控制方法、电子设备、存储介质及计算机程序产品。根据本申请实施例的步进电机控制方法，可以有效防止电机抖动，进而防止电机出现失步。根据本申请实施例的步进电机控制技术可以应用于任何涉及步进电机的领域。

首先，参照图1来描述用于实现根据本申请实施例的步进电机控制方法的示例电子设备100。

如图1所示，电子设备100包括一个或多个处理器102、一个或多个存储装置104。可选地，电子设备100还可以包括输入装置106以及输出装置108，这些组件通过总线系统110和/或其它形式的连接机构(未示出)互连。应当注意，图1所示的电子设备100的组件和结构只是示例性的，而非限制性的，根据需要，所述电子设备也可以具有其他组件和结构。

所述处理器102可以采用数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑阵列(PLA)、微处理器中的至少一种硬件形式来实现，所述处理器102可以是中央处理单元(CPU)、图像处理器(GPU)、专用的集成电路(ASIC)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其它形式的处理单元中的一种或几种的组合，并且可以控制所述电子设备100中的其它组件以执行期望的功能。

所述存储装置104可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(RAM)和/或高速缓冲存储器(cache)等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器102可以运行所述程序指令，以实现下文所述的本申请实施例中(由处理器实现)的客户端功能以及/或者其他期望的功能。在所述计算机可读存储介质中还可以存储各种应用程序和各种数据，例如所述应用程序使用和/或产生的各种数据等。

所述输入装置106可以是用户用来输入指令的装置，并且可以包括键盘、鼠标、麦克风和触摸屏等中的一个或多个。

所述输出装置108可以向外部(例如用户)输出各种信息(例如图像和/或声音)，并且可以包括显示器、扬声器等中的一个或多个。可选地，所述输入装置106和所述输出装置108可以集成在一起，采用同一交互装置(例如触摸屏)实现。

示例性地，用于实现根据本申请实施例的步进电机控制方法的示例电子设备可以在诸如个人计算机、终端设备、考勤机、面板机、相机或远程服务器等的设备上实现。其中，终端设备包括但不限于：平板电脑、手机、PDA(Personal Digital Assistant，个人数字助理)、可触屏一体机、可穿戴设备等。

下面，将参考图2描述根据本申请实施例的步进电机控制方法。图2示出根据本申请一个实施例的步进电机控制方法的示意性流程图。如图2所示，步进电机控制方法200包括以下步骤S210、S220和S230。

在步骤S210，获取步进电机的控制指令。

示例性地，控制指令可以包括以下以一种或多种：启动指令、停止指令、换向指令、单步运行指令、连续运行指令以及调速指令等。不同的控制指令对应于步进电机不同的运行状态。例如，上述单步运行指令对应步进电机的单步运行状态。上述连续运行指令对应步进电机的连续运行状态。上述调速指令对应步进电机的调速状态。

可以理解，控制指令可以从外部获取，也可以由用于执行步进电机控制方法200的装置(例如上述电子设备100)自动生成。例如，控制指令可以直接由操作人员通过图1所示的输入装置输入。替代地，控制指令可以直接基于步进电机的工作状态自动生成。

在步骤S220，基于控制指令生成对应的控制脉冲信号，其中，在生成控制脉冲信号的过程中，通过控制指令控制控制脉冲信号在每个目标抖动时段内的电平或每个目标抖动时段内至少部分时段的时长，以使得步进电机的绕组磁场在不同目标抖动时段内保持一致或者绕组磁场在每个目标抖动时段内的变化频率等于目标变化频率，控制脉冲信号用于控制步进电机的各绕组线圈上的电流以形成绕组磁场。

为了防止电机出现失步，需要分析引发电机失步的原因。目前考虑电机失步的原因时，主要考虑外界因素对电机的影响，忽略了电机本身转子抖动对电机整体的影响。当电机绕组磁场不稳定时，电机转子容易出现抖动。下面举例说明绕组磁场不稳定带来的电机抖动的情况。

示例性地，目标抖动时段表示步进电机可能发生抖动的时段。可以理解，在步进电机转动过程中，不同的运行状态均有可能产生电机抖动。例如，在步进电机处于单步运行状态时，步进电机的当前运动状态会受到上一步运动时的终止状态的影响。步进电机在单步运行过程中，绕组的磁场变化是以固定顺序变换多次(例如四相八拍步进电机是8次)，只要在该周期内磁场变换顺序一致，步进电机外轴就能稳定转动一步。并且步进电机不同的转动方向，周期内线圈绕组的磁场变换顺序不同。在步进电机转动过程中，转动方向根据业务需求会随时发生改变。在步进电机运动控制中，每一个周期开始之前，绕组的磁场状态是一种随机状态。如果不对步进电机绕组磁场进行固定化，在步进电机转变运动方向的过程中会产生轻微的抖动。对于这种情况，在生成控制脉冲信号的过程中，可以可选地通过控制指令来控制每个目标抖动时段内的电平，以使得步进电机的绕组磁场在不同目标抖动时段内保持一致，这样可以有效防止步进电机在单步运行过程中产生抖动。

又例如，在步进电机处于连续运行状态时，每两步之间存在延时，若在该延时时间内，电机绕组磁场的变化频率与每步运行过程中的电机绕组磁场的变化频率不一致，则可能导致电机抖动。且该延时时间内电机磁场绕组的变化频率与每步运动过程中的电机绕组磁场的变化频率差距越大，则抖动越明显。此外，在步进电机处于调速状态时，通常都通过直接增加或减小步进电机相邻两步之间的时间间隔来实现电机运行速度的调整。随着相邻两步之间的时间间隔变化，步进电机将会出现顿挫感，使得步进电机整体产生抖动现象。对于上述这些情况，可以在生成控制脉冲信号的过程中，通过控制指令控制每个目标抖动时段内至少部分时段的时长，以使得绕组磁场在每个目标抖动时段内的变化频率等于目标变化频率，避免电机绕组磁场的变化频率在目标抖动时段内的不一致情况，以有效防止步进电机在连续运行过程中产生抖动。

在步骤S230，输出控制脉冲信号，以控制步进电机运行。

如上所述，控制脉冲信号用于控制步进电机的各绕组线圈上的电流以形成绕组磁场。可以根据控制脉冲信号中每个脉冲的电平，控制各绕组线圈得电和失电，从而控制步进电机以不同的运行状态运行。

根据上述技术方案，通过控制脉冲信号在每个目标抖动时段内的电平或每个目标抖动时段内至少部分时段的时长，能够实现对步进电机绕组磁场的大小和变化频率的控制，从而能够通过控制绕组磁场的大小和变化频率，防止电机内的转子抖动，进而防止电机抖动。该方案能够防止电机抖动，有效避免电机失步现象的发生。

示例性地，控制指令包括单步运行控制指令，单步运行控制指令用于控制步进电机单步运行，目标抖动时段包括每两个相邻脉冲周期之间的时段，每个脉冲周期对应于步进电机运行一步。步进电机包括多个绕组线圈，控制脉冲信号包括与多个绕组线圈一一对应的多个线圈脉冲信号，通过控制指令控制控制脉冲信号在每个目标抖动时段内的电平的步骤可以包括以下步骤。在每两个相邻脉冲周期之间，通过单步运行控制指令将多个绕组线圈各自对应的线圈脉冲信号的电平重置为目标电平，目标电平为高电平或低电平。

示例性地，步进电机单步运行可以包括沿同一方向单步运行，也可以包括沿不同方向单步运行。例如，步进电机可以始终正向单步运行。替代地，步进电机可以正反转双向运行。例如，第一步可以为正向运行(即正转)，第二步可以为反向运行(即反转)。步进电机正转和反转的顺序及每次在同一方向上运行的步数可以是固定的，例如交替正反转，也可以是非固定的。

示例性地，控制脉冲信号的电平可以根据需要重置为高电平或低电平。步进电机中每个绕组线圈对应的线圈脉冲信号的电平可以重置为相同的电平，也可以重置为不同的电平。以四相八拍步进电机为例，绕组线圈数量为四个，对应四个绕组线圈各自的线圈脉冲信号的电平可以均重置为高电平或低电平。示例性地，本文所述的四相八拍步进电机的步距角可以为诸如5.625度，减速比为诸如64/1。步进电机每接收到一个脉冲，转子转动5.625角度。绕组磁场变换8次，内部转子的转动轴带动电机转动一步。同理，步进电机接收8个脉冲(即一个脉冲周期)，步进电机的转子转动8拍，电机外部转动一步。

根据上述技术方案，通过利用单步运行控制指令将各线圈脉冲信号的电平统一重置为高电平或低电平，能够使步进电机每一步运行开始前的绕组磁场保持一致且不会扰乱步进电机正常运行时的磁场，从而使得步进电机单步转动之间不受磁场变化的影响，可以有效避免步进电机内的转子抖动。该方案能够避免因转子抖动引起的电机抖动，从而防止步进电机失步。

示例性地，目标电平为对应绕组线圈的失电状态所对应的电平。

可以理解，步进电机中绕组线圈的数量与步进电机的相数有关。例如，若步进电机为四相电机，则步进电机内的绕组线圈个数为四个；若步进电机为五相电机，则步进电机内的绕组线圈个数为五个。

在上述步进电机为四相八拍步进电机的实施例中，可以将四个绕组线圈对应的线圈脉冲信号均重置为对应绕组线圈失电状态所对应的电平。即若绕组线圈失电状态所对应的电平为低电平，则目标电平为低电平。可以通过控制指令将四个绕组线圈各自对应的线圈脉冲信号的电平均重置为低电平。在线圈脉冲信号的电平为低电平时，绕组线圈失电，步进电机内的电流为0。

图3示出了根据本申请一个实施例的控制脉冲信号的时序示意图。如图所示，步进电机为四相八拍电机，四个绕组线圈分别为A1、A2、B1和B2，脉冲周期E1和E2分别表示该步进电机运行的第一步和第二步。该步进电机第一步为正转，第二步为反转。在步进电机转动第一步与第二步分别对应的两个相邻的脉冲周期之间，可以通过控制指令将四个绕组线圈各自对应的线圈脉冲信号的电平重置为目标电平C1。此时步进电机停止运行。该实施例中，目标电平为高电平。即绕组线圈A1、A2、B1和B2在线圈脉冲信号的电平为高电平时失电。在第二步运行结束后，再次通过控制指令将四个绕组线圈各自对应的线圈脉冲信号的电平重置为目标电平D1，目标电平D1与目标电平C1相同，均对应绕组线圈的失电状态所对应的电平。

根据上述技术方案，通过将多个绕组线圈各自对应的线圈脉冲信号的电平重置为失电状态所对应的电平，能够使步进电机在每一步运行结束后停止工作，减少能耗。

示例性地，控制指令包括连续运行控制指令，连续运行控制指令用于控制步进电机连续运行，目标抖动时段包括第一抖动时段和第二抖动时段，第一抖动时段包括每个脉冲周期，第二抖动时段包括每个脉冲周期与下一脉冲周期之间的时段。每个脉冲周期对应于步进电机运行一步，通过控制指令控制每个目标抖动时段内至少部分时段的时长的步骤可以包括以下步骤。通过控制指令控制控制脉冲信号中任一当前第二抖动时段的时长等于第一目标值，至少部分时段包括第二抖动时段。其中，第一目标值等于位于当前第二抖动时段之前的第一抖动时段内的每两个相邻脉冲之间的时间间隔，对于当前第二抖动时段，目标变化频率等于位于当前第二抖动时段之前的第一抖动时段内的脉冲频率。

步进电机在单向连续转动的控制过程中，单个周期内8拍的控制脉冲的时序是非常稳定的。由于步进电机的连续转动可拆解为多个单步运动控制。步进电机连续转动的流畅度取决于步进电机单步转动之间的控制脉冲衔接情况。如果在连续转动过程中，每一步之间的延时过长，电机的转动就出现卡顿现象。为了使步进电机连续转动达到一定的流畅度，可以在步进电机连续转动的整个过程中，保持所有的控制脉冲达到同一频率，也就是保持每周期的控制脉冲与每拍的控制脉冲同频。该方案可以有效提高步进电机连续转动的流畅度。

如上所述，第一抖动时段包括每个脉冲周期。即步进电机每运行一步对应的脉冲周期均为第一抖动时段。第二抖动时段包括每个脉冲周期与下一脉冲周期之间的时段。即若步进电机运行了三步，则步进电机运行第一步对应的脉冲周期与步进电机运行第二步对应的脉冲周期之间的时段，以及步进电机运行第二步对应的脉冲周期与步进电机运行第三步对应的脉冲周期之间的时段，均为第二抖动时段。根据上述实施例所述，在步进电机连续运行状态时，每两步之间存在延时，若该延时时长与上一脉冲周期内的每两个相邻脉冲之间的时间间隔不一致，则可能导致电机抖动。该延时时长即为第二抖动时段。上一脉冲周期即为位于当前第二抖动时段之前的第一抖动时段。

在一个实施例中，若步进电机连续运行步数为两步，即步进电机连续运行两个脉冲周期。两个脉冲周期之间的时段即为第二抖动时段。两个脉冲周期均为第一抖动时段。若第一个脉冲周期内的每两个相邻脉冲之间的时间间隔为t₁，则可以通过控制指令控制第二抖动时段的时长等于t₁。在一个示例中，每两个相邻脉冲之间的时间间隔为0，即脉冲与脉冲之间是紧密相邻的，则第二抖动时段的时长也可以等于0。这样，可以使得在步进电机单向连续转动过程中，步进电机的控制脉冲信号在每个周期之间的变化频率与周期内每拍脉冲的变化频率保持一致，使得步进电机在整个运动过程中所有的脉冲信号频率保持一致。

图4示出了根据本申请一个实施例的控制脉冲信号的时序示意图。如图4所示，步进电机为四相八拍步进电机，四个绕组线圈分别为A1、A2、B1和B2。步进电机连续运行两个脉冲周期E3和E4，每个脉冲周期内的每两个相邻脉冲之间的时间间隔为t₂。C2指示出了两个脉冲周期的时间间隔，即第二抖动时段，所在的位置。设第二抖动时段的时长为t₃。可以通过控制指令，控制控制脉冲信号中的t₃＝t₂。例如，若t₂＝0.3s，则可以控制t₃＝0.3s。

在一个实施例中，当连续运行完成后，可以将绕组线圈各自对应的线圈脉冲信号的电平重置为目标电平，从而防止下一次步进电机运行时的绕组磁场受到当前步进电机运行结束时对应的绕组磁场的干扰。以图4所示的实施例为例，在脉冲周期E4运行结束后，可以通过控制指令将四个绕组线圈各自对应的线圈脉冲信号的电平重置为目标电平D2。目标电平D2可以与上述实施例中的目标电平D1以及目标电平C1相同，以使步进电机内的电流为0，减少能耗。

根据上述技术方案，通过控制第二抖动时段的时长等于第一目标值，可以使步进电机连续运行两个脉冲周期之间的时间间隔与脉冲周期内的相邻两个脉冲的时间间隔保持一致，从而有效避免电机抖动。

示例性地，控制指令包括调速指令，目标抖动时段包括第一抖动时段，第一抖动时段包括每个脉冲周期，调速指令用于控制步进电机调整运行速度。通过控制指令控制每个目标抖动时段内至少部分时段的时长，可以具体包括以下步骤。通过控制指令控制每个第一抖动时段内每个脉冲的持续时间由第二目标值调整为第三目标值。其中，第二目标值等于第一周期时长与每个脉冲周期内的脉冲个数之比，第一周期时长为与调整前的运行速度相对应的周期时长，第三目标值等于第二周期时长与每个脉冲周期内的脉冲个数之比，第二周期时长为与调整后的运行速度相对应的周期时长，对于任一第一抖动时段，目标变化频率等于每个脉冲周期内的脉冲个数与当前周期时长之比，任一周期时长与对应运行速度成反比。

可以理解，一个脉冲周期中的各个脉冲的持续时间均相等。周期时长与每个脉冲周期内的脉冲个数之比，即一个脉冲周期中的任意一个脉冲的持续时间。例如，一个脉冲周期的时长为4s，脉冲周期内脉冲的个数为8个，则一个脉冲的持续时间为0.5s。电机的每个运行速度可以对应于一个周期时长，且该周期时长与对应运行速度成反比。当需要调整运动速度时，可以按运行速度的调整比例的反比来调整周期时长。调整周期时长，各脉冲的持续时间也会相应变化。可以理解，如果需要减小电机的运行速度，则可以相应延长每个脉冲的持续时间，反之，如果需要增加电机的运行速度，则可以相应缩短每个脉冲的持续时间。

目标变化频率等于每个脉冲周期内的脉冲个数与当前周期时长之比，该比值也就是当前脉冲周期内的脉冲频率，脉冲频率可以表示为单位时间内的脉冲个数。当第一抖动时段内每个脉冲的持续时间发生变化时，单位时间内的脉冲个数也会相应变化。因此，可以通过调整每个脉冲的持续时间，实现对脉冲频率的调节。需注意，当前周期时长是指当前运行速度下的周期时长，在调整运行速度前，当前周期时长与调整前的运行速度成反比，在调整运行速度后，当前周期时长则与调整后的运动速度成反比。

示例性地，调速指令可以为加速指令。第二目标值大于第三目标值。在一个实施例中，对于四相八拍步进电机，调整前的运行速度相对应的周期时长为2s，调整后的运行速度相对应的周期时长为1.6s。则第二目标值为0.25s，第三目标值为0.2s。调整前的目标变化频率为4Hz，调整后的目标变化频率为5Hz。上述技术方案通过将第二目标值缩短为第三目标值，能够增大单个脉冲周期内的目标变化频率，从而加快绕组磁场的变化速度，进而实现步进电机运行速度的增加。

示例性地，调速指令可以为减速指令。第二目标值小于第三目标值。在一个实施例中，步进电机为四相八拍步进电机。调整前的运行速度相对应的周期时长为2s，调整后的运行速度相对应的周期时长为4s。则第二目标值为0.25s，第三目标值为0.5s。调整前的目标变化频率为4Hz，调整后的目标变化频率为2Hz。上述技术方案通过延长单个脉冲的持续时间，能够降低单个脉冲周期内的目标变化频率，从而降低绕组磁场的变化速度，实现步进电机运行速度的减小。该方案能够缓解步进电机减速过程中的顿挫感，防止电机抖动。

图5示出了根据本申请一个实施例的控制脉冲信号的时序示意图。如图5所示，步进电机为四相八拍步进电机，四个绕组线圈分别为A1、A2、B1和B2。E5表示步进电机运行速度调整前所对应的脉冲周期，E6表示步进电机运行速度调整后所对应的脉冲周期。当需要控制步进电机减速时，可以通过控制指令控制脉冲周期内的每个脉冲的持续时间由第二目标值t₄增大为第三目标值t₅。调整后的脉冲周期的周期时长相应增大，图5中的C3处即为减速后脉冲周期的增加量，C3处的时间增加量T＝n×(t₅-t₄)，其中，n表示一个脉冲周期内脉冲的个数，本实施例中，n＝8。以上述第二目标值为0.25s，第三目标值为0.5s的实施例为例，C3处的时间增加量T＝8×(0.5-0.25)＝2s。

可以理解，步进电机的调速过程可以是在步进电机连续运行过程中进行的。即可以在连续运行过程中，控制步进电机加速或减速。在一个实施例中，可以采用上述通过控制指令控制控制脉冲信号中任一当前第二抖动时段的时长等于第一目标值的方式控制电机连续运行，从而实现步进电机平稳运行过程中的速度调整。也就是说，上述通过调整每个脉冲的持续时间来实现调速的方案与上述使第二抖动时段的时长与每个两个相邻脉冲之间的时间间隔相等的方案可以同时实现，即可以在使第二抖动时段的时长与每个两个相邻脉冲之间的时间间隔保持相等的前提下，调整每个脉冲的持续时间以使运行速度增加或减小。步进电机连续运行过程中的控制方法以及调速过程中的控制方法在上述实施例中均以详细阐述，为了简洁，此处不再赘述。

根据上述技术方案，可以通过控制第一抖动时段内单个脉冲的持续时间，实现对整个第一抖动时段的时长的控制。该方案具有灵活的调速档位和广泛的调速范围，可以保证步进电机每一步之间绕组磁场变换的稳定性，从而避免电机抖动，防止失步现象的发生。

示例性地，根据本申请实施例的步进电机控制方法可以在具有存储器和处理器的设备、装置或者系统中实现。

根据本申请另一方面，提供一种步进电机控制装置。图4示出了根据本申请一个实施例的步进电机控制装置600的示意性框图。

如图6所示，根据本申请实施例的步进电机控制装置600包括获取模块610、生成模块620和输出模块630。各个模块可分别执行上文中图2描述的步进电机控制方法的各个步骤。以下仅对该步进电机控制装置600的各部件的主要功能进行描述，而省略以上已经描述过的细节内容。

获取模块610用于获取步进电机的控制指令。获取模块610可以由图1所示的电子设备中的处理器102运行存储装置104中存储的程序指令来实现。

生成模块620用于基于控制指令生成对应的控制脉冲信号，其中，在生成控制脉冲信号的过程中，通过控制指令控制控制脉冲信号在每个目标抖动时段内的电平或每个目标抖动时段内至少部分时段的时长，以使得步进电机的绕组磁场在不同目标抖动时段内保持一致或者绕组磁场在每个目标抖动时段内的变化频率等于目标变化频率，控制脉冲信号用于控制步进电机的各绕组线圈上的电流以形成绕组磁场。生成模块620可以由图1所示的电子设备中的处理器102运行存储装置104中存储的程序指令来实现。

输出模块630用于输出控制脉冲信号，以控制步进电机运行。输出模块630可以由图1所示的电子设备中的处理器102运行存储装置104中存储的程序指令来实现。

图7示出了根据本申请一个实施例的电子设备700的示意性框图。电子设备700包括存储器710和处理器720。

存储器710存储用于实现根据本申请实施例的步进电机控制方法中的相应步骤的计算机程序指令。

处理器720用于运行存储器710中存储的计算机程序指令，以执行根据本申请实施例的步进电机控制方法的相应步骤。

在一个实施例中，计算机程序指令被处理器720运行时用于执行以下步骤：获取步进电机的控制指令。基于控制指令生成对应的控制脉冲信号，其中，在生成控制脉冲信号的过程中，通过控制指令控制控制脉冲信号在每个目标抖动时段内的电平或每个目标抖动时段内至少部分时段的时长，以使得步进电机的绕组磁场在不同目标抖动时段内保持一致或者绕组磁场在每个目标抖动时段内的变化频率等于目标变化频率，控制脉冲信号用于控制步进电机的各绕组线圈上的电流以形成绕组磁场。输出控制脉冲信号，以控制步进电机运行。

示例性地，处理器720包括相互可通信连接的主控芯片和电机控制芯片。主控芯片用于生成控制指令。

电机控制芯片用于基于控制指令生成控制脉冲信号并将控制脉冲信号输出至步进电机。

示例性地，主控芯片和电机控制芯片均可以采用单片机、微处理器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑阵列(PLA)、专用集成电路(ASIC)等处理器芯片及其外围电路实现。在一个实施例中，主控芯片和电机控制芯片可以通过现有的或将有的任何一种通信总线进行通信。例如，通信总线可以采用集成电路总线(Inter-Integrated Circuit，I²C)、串行外设接口(Serial Periphera Interface，SPI)、控制器局域网络(ContrllerArea Network，CAN)等。在本申请的一个具体实施例中，主控芯片和电机控制芯片采用I²C总线进行通信。

示例性地，存储器710可以为只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存储器(Random Access Memory，RAM)、可编程只读存储器(Programmable Read-only Memory，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read Only Memory，EPROM)、一次可编程只读存储器(One-time Programmable Read-Only Memory，OTPROM)、电子抹除式可复写只读存储器

(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、快闪存储器(Flash Memory)等。本申请实施例描述的存储器旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。在一个具体的实施例中，该存储器可以采用快闪存储器，该快闪存储器中存储了程序指令，在程序指令被计算机或处理器运行时用于执行本申请实施例的步进电机控制方法的相应步骤。

示例性地，电子设备700还包括步进电机，与处理器720连接，用于在处理器720输出的控制脉冲信号的控制下运行。

图8示出了根据本申请一个实施例的电子设备实现步进电机控制的示意性流程图。如图8所示，步进电机开始工作时，主控芯片发送控制指令到电机控制芯片中。电机控制芯片接收控制指令，并将该控制指令转换为控制脉冲信号。随后，在控制脉冲信号的控制下，步进电机转动。

此外，根据本申请实施例，还提供了一种存储介质，在存储介质上存储了程序指令，在程序指令被计算机或处理器运行时用于执行本申请实施例的步进电机控制方法的相应步骤，并且用于实现根据本申请实施例的步进电机控制装置中的相应模块。存储介质例如可以包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存储器(Random Access Memory，RAM)、可编程只读存储器(Programmable Read-only Memory，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read Only Memory，EPROM)、一次可编程只读存储器(One-time Programmable Read-Only Memory，OTPROM)、电子抹除式可复写只读存储器

(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、快闪存储器(Flash Memory)、或者上述存储介质的任意组合。在一个具体的实施例中，该存储介质可以采用快闪存储器，该快闪存储器中存储了程序指令，在程序指令被计算机或处理器运行时用于执行本申请实施例的步进电机控制方法的相应步骤。

在一个实施例中，程序指令在被计算机或处理器运行时可以使得计算机或处理器实现根据本申请实施例的步进电机控制装置的各个功能模块，并和/或者可以执行根据本申请实施例的步进电机控制方法。

在一个实施例中，程序指令在运行时用于执行以下步骤：获取步进电机的控制指令。基于控制指令生成对应的控制脉冲信号，其中，在生成控制脉冲信号的过程中，通过控制指令控制控制脉冲信号在每个目标抖动时段内的电平或每个目标抖动时段内至少部分时段的时长，以使得步进电机的绕组磁场在不同目标抖动时段内保持一致或者绕组磁场在每个目标抖动时段内的变化频率等于目标变化频率，控制脉冲信号用于控制步进电机的各绕组线圈上的电流以形成绕组磁场。输出控制脉冲信号，以控制步进电机运行。

此外，根据本申请实施例，还提供了一种计算机程序产品，计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序在运行时用于执行上述步进电机控制方法200。

根据本申请实施例的电子设备中的各模块可以通过根据本申请实施例的实施步进电机控制的电子设备的处理器运行在存储器中存储的计算机程序指令来实现，或者可以在根据本申请实施例的计算机程序产品的计算机可读存储介质中存储的计算机指令被计算机运行时实现。

此外，根据本申请实施例，还提供了一种计算机程序，该计算机程序在运行时用于执行上述步进电机控制方法200。

尽管这里已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性的，并且不意图将本申请的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本申请的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本申请的范围之内。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个设备，或一些特征可以忽略，或不执行。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本申请的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本申请并帮助理解各个申请方面中的一个或多个，在对本申请的示例性实施例的描述中，本申请的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本申请的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本申请要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其申请点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本申请的单独实施例。

本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本申请的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本申请实施例的步进电机控制装置中的一些模块的一些或者全部功能。本申请还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本申请的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是上述实施例对本申请进行说明而不是对本申请进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本申请可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

以上，仅为本申请的具体实施方式或对具体实施方式的说明，本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种步进电机控制方法，包括：

获取步进电机的控制指令；

基于所述控制指令生成对应的控制脉冲信号，其中，在生成所述控制脉冲信号的过程中，通过所述控制指令控制所述控制脉冲信号在每个目标抖动时段内的电平或每个目标抖动时段内至少部分时段的时长，以使得所述步进电机的绕组磁场在不同目标抖动时段内保持一致或者所述绕组磁场在每个目标抖动时段内的变化频率等于目标变化频率，所述控制脉冲信号用于控制所述步进电机的各绕组线圈上的电流以形成所述绕组磁场；

输出所述控制脉冲信号，以控制所述步进电机运行。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述控制指令包括单步运行控制指令，所述单步运行控制指令用于控制所述步进电机单步运行，所述目标抖动时段包括每两个相邻脉冲周期之间的时段，每个脉冲周期对应于所述步进电机运行一步，所述步进电机包括多个绕组线圈，所述控制脉冲信号包括与所述多个绕组线圈一一对应的多个线圈脉冲信号，通过所述控制指令控制所述控制脉冲信号在每个目标抖动时段内的电平，包括：

在每两个相邻脉冲周期之间，通过所述单步运行控制指令将所述多个绕组线圈各自对应的线圈脉冲信号的电平重置为目标电平，所述目标电平为高电平或低电平。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述目标电平为对应绕组线圈的失电状态所对应的电平。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述控制指令包括连续运行控制指令，所述连续运行控制指令用于控制所述步进电机连续运行，所述目标抖动时段包括第一抖动时段和第二抖动时段，所述第一抖动时段包括每个脉冲周期，所述第二抖动时段包括每个脉冲周期与下一脉冲周期之间的时段，每个脉冲周期对应于所述步进电机运行一步，通过所述控制指令控制每个目标抖动时段内至少部分时段的时长，包括：

通过所述控制指令控制所述控制脉冲信号中任一当前第二抖动时段的时长等于第一目标值，所述至少部分时段包括所述第二抖动时段；

其中，所述第一目标值等于位于所述当前第二抖动时段之前的第一抖动时段内的每两个相邻脉冲之间的时间间隔，对于所述当前第二抖动时段，所述目标变化频率等于位于所述当前第二抖动时段之前的第一抖动时段内的脉冲频率。

5.如权利要求1或4所述的方法，其中，所述控制指令包括调速指令，所述目标抖动时段包括第一抖动时段，所述第一抖动时段包括每个脉冲周期，所述调速指令用于控制所述步进电机调整运行速度，通过所述控制指令控制每个目标抖动时段内至少部分时段的时长，包括：

通过所述控制指令控制每个第一抖动时段内每个脉冲的持续时间由第二目标值调整为第三目标值，

其中，所述第二目标值等于第一周期时长与每个脉冲周期内的脉冲个数之比，所述第一周期时长为与调整前的运行速度相对应的周期时长，所述第三目标值等于第二周期时长与每个脉冲周期内的脉冲个数之比，所述第二周期时长为与调整后的运行速度相对应的周期时长，对于任一第一抖动时段，所述目标变化频率等于每个脉冲周期内的脉冲个数与当前周期时长之比，任一周期时长与对应运行速度成反比。

6.如权利要求5所述的方法，其中，所述调速指令为加速指令，所述第二目标值大于所述第三目标值。

7.如权利要求5所述的方法，其中，所述调速指令为减速指令，所述第二目标值小于所述第三目标值。

8.一种电子设备，包括处理器和存储器，其中，所述存储器中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被所述处理器运行时用于执行如权利要求1至7任一项所述的步进电机控制方法。

9.如权利要求8所述的设备，其中，所述处理器包括相互可通信连接的主控芯片和电机控制芯片，

所述主控芯片用于生成所述控制指令；

所述电机控制芯片用于基于所述控制指令生成所述控制脉冲信号并将所述控制脉冲信号输出至所述步进电机。

10.如权利要求8所述的设备，其中，所述设备还包括所述步进电机，与所述处理器连接，用于在所述处理器输出的所述控制脉冲信号的控制下运行。

11.一种存储介质，在所述存储介质上存储了程序指令，其中，所述程序指令在运行时用于执行如权利要求1至7任一项所述的步进电机控制方法。