CN117375462B - 步进电机校准方法、装置、设备及计算机存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请涉及步进电机技术领域，公开一种步进电机校准方法、装置、设备及计算机存储介质。该方法包括：获取实时的脉冲信号，确定实时的脉冲信号驱动步进电机时各个阶段的转动速度信息；依据预设的采样周期，对目标跟踪点进行周期性图像采样处理，得到采样图像；对采样图像进行图像识别处理，得到位置识别结果；计算第一角度值；确定第一角度值的误差变化类型，依据误差变化类型，对当前的脉冲信号进行对应的补偿处理，得到补偿后的脉冲信号；使用补偿后的脉冲信号驱动步进电机。本申请实施例可以对步进电机进行实时调节，提升步进电机的控制精度。

Description

步进电机校准方法、装置、设备及计算机存储介质

技术领域

本申请涉及步进电机技术领域，尤其是一种步进电机校准方法、装置、设备及计算机存储介质。

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。由于步进电机的步距角误差会随着转动角度变大而变大，故步进电机应用在高精度场合时（例如医疗高精确注液）需要对步距角误差进行补偿。

相关技术中，对步进电机转动角度进行检测可以是利用高精度的霍尔传感器或编码器检测步进电机的实际转动角度，然后将实际转动角度和预设转动角度进行比较，依据比较结果进行角度补偿。

然而，上述方法均存在缺陷，由于低转速时磁力线不明显，会导致检测精度低，故前者不适用于低转速工况，由于高转速会使信号变形，致使测量结果不可靠，故后者不适用于高转速工况。因此，亟待提出一种新的步进电机校准方法以解决上述技术问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种步进电机校准方法、装置、设备及计算机存储介质，可以对步进电机进行实时调节，提升步进电机的控制精度。

本申请实施例提供一种步进电机校准方法，包括：

获取实时的脉冲信号，确定所述实时的脉冲信号驱动步进电机时各个阶段的转动速度信息；所述步进电机中预设有若干个目标跟踪点；

依据预设的采样周期，对所述目标跟踪点进行周期性图像采样处理，得到采样图像；所述采样周期的时长等于所述步进电机连续转动若干圈所需的时长；

对所述采样图像进行图像识别处理，得到位置识别结果；所述位置识别结果包含所述目标跟踪点在若干个采样时刻的实际点位和预设点位；

计算第一角度值；所述第一角度值为所述步进电机转动时所述实际点位和所述预设点位之间的角度偏差值；

确定所述第一角度值的误差变化类型，依据所述误差变化类型，对当前的脉冲信号进行对应的补偿处理，得到补偿后的脉冲信号；

使用所述补偿后的脉冲信号驱动所述步进电机。

在一些实施例中，所述依据预设的采样周期，对所述目标跟踪点进行周期性图像采样处理，得到采样图像，包括：

依据所述转动速度信息，设定所述采样周期的时长；

按照所述采样周期，控制图像采集器件沿相同的采集角度对所述步进电机和所述目标跟踪点进行图像采样处理，得到所述采样图像。

在一些实施例中，所述对所述采样图像进行图像识别处理，得到位置识别结果，包括：

识别所述采样图像中的所述目标跟踪点，得到跟踪点识别结果；

依据所述采样周期和所述转动速度信息，确定各所述采样图像中所述目标跟踪点预设所在的区域，得到所述预设点位；

依据所述跟踪点识别结果，确定所述采样图像中所述目标跟踪点实际所在的区域，得到所述实际点位；

标记所述预设点位和所述实际点位，得到所述位置识别结果。

在一些实施例中，所述识别所述采样图像中的所述目标跟踪点，得到跟踪点识别结果，包括：

利用灰度图转换方法将所述采样图像转换为灰度图；

利用局部最大类间方差法对所述灰度图进行二值化处理，得到二值化图像；

利用边缘滤波器对所述二值化图像进行边缘滤波处理，得到边缘图像；

利用基于最佳梯度方向和插值算法对所述边缘图像中的所述目标跟踪点进行识别，得到所述跟踪点识别结果。

在一些实施例中，所述计算第一角度值，包括：

将所述采样图像转换为以所述步进电机的转子为圆心的二维图像；

将所述实际点位和所述预设点位映射至所述二维图像；

以所述步进电机的转子为顶点，计算所述实际点位和所述预设点位之间的角度，得到所述第一角度值。

在一些实施例中，所述确定所述第一角度值的误差变化类型，依据所述误差变化类型，对当前的脉冲信号进行对应的补偿处理，得到补偿后的脉冲信号，包括：

判断若干个连续的所述第一角度值的和是否大于预设角度值；

若不大于，判断若干个连续的所述第一角度值的增速是否超过预设增速；

若不超过，返回所述判断若干个连续的所述第一角度值的和是否大于预设角度值的步骤；

若超过，依据所述第一角度值的增速生成第一补偿权重，依据所述第一补偿权重、当前的所述第一角度值以及当前采样时刻的目标转动角度，生成第一补偿信号；所述第一角度值的增速与所述第一补偿权重呈正相关；

若大于，依据所述第一角度值的和生成第二补偿权重，依据所述第二补偿权重、所述第一角度值的和以及当前的所述采样周期的目标转动角度，生成第二补偿信号；所述第一角度值的和与所述第二补偿权重呈正相关；

使用所述第一补偿信号或所述第二补偿信号对所述当前的脉冲信号进行补偿处理，得到所述补偿后的脉冲信号。

在一些实施例中，在所述使用所述补偿后的脉冲信号驱动所述步进电机之后，还包括：

计算第二角度值；所述第二角度值为所述步进电机转动结束后所述实际点位和所述预设点位之间的角度偏差值；

依据所述第二角度值，生成二次补偿的脉冲信号；

使用所述二次补偿的脉冲信号驱动所述步进电机，以使所述目标跟踪点到达最终的所述实际点位。

本申请实施例还提供一种步进电机校准装置，包括：

第一模块，用于获取实时的脉冲信号，确定所述实时的脉冲信号驱动步进电机时各个阶段的转动速度信息；所述步进电机中预设有若干个目标跟踪点；

第二模块，用于依据预设的采样周期，对所述目标跟踪点进行周期性图像采样处理，得到采样图像；所述采样周期的时长等于所述步进电机连续转动若干圈所需的时长；

第三模块，用于对所述采样图像进行图像识别处理，得到位置识别结果；所述位置识别结果包含所述目标跟踪点在若干个采样时刻的实际点位和预设点位；

第四模块，用于计算第一角度值；所述第一角度值为所述步进电机转动时所述实际点位和所述预设点位之间的角度偏差值；

第五模块，用于确定所述第一角度值的误差变化类型，依据所述误差变化类型，对当前的脉冲信号进行对应的补偿处理，得到补偿后的脉冲信号；

第六模块，用于使用所述补偿后的脉冲信号驱动所述步进电机。

本申请实施例还提供一种电子设备，所述电子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步进电机校准方法。

本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的步进电机校准方法。

本申请的有益效果：对步进电机及其目标跟踪点进行周期性图像采集，采样周期为步进电机连续转动若干圈所需的时长，然后对周期性采集步进电机转动过程得到的采样图像进行图像识别，确定目标跟踪点在采样时刻的实际点位和预设点位之间的偏差角，即第一角度值，进而依据第一角度值的误差变化类型，对当前的脉冲信号进行对应的补偿处理，得到补偿后的脉冲信号，使用补偿后的脉冲信号驱动步进电机，实现对步进电机进行实时调节。由于采样周期的时长动态设置为步进电机连续转动若干圈所需的时长，可以适配步进电机在各个阶段的步距角误差分析，而后依据第一角度值的误差变化类型来选择相应的补偿处理方式，使补偿更为合理和准确，提升步进电机的控制精度。

附图说明

图1是本申请实施例提供的步进电机校准方法的一个可选的流程图。

图2是本申请实施例提供在步骤S103之前的方法的流程图。

图3是本申请实施例提供的步骤S105的具体方法的流程图。

图4是本申请实施例提供的步骤S106之后的具体方法的流程图。

图5是本申请实施例提供的步进电机校准装置的一个可选的结构示意图。

图6是本申请实施例提供的电子设备的硬件结构示意图。

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，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号时就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（称为“步距角”），其旋转以固定的角度运行。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量以达到准确定位的目的;同时也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度而达到调速的目的。步进电机作为一种控制用的特种电机，因其没有积累误差（精度为100%）而广泛应用于各种开环控制。

当步进电机应用于医疗器械等高精度应用场景时，由于步进电机的制造质量和设计特性造成的步距角在一圈内的不累计误差，步距角一圈的误差会随着细分数的变大而变大，这是高精度应用场景中不允许出现的。为解决上述技术问题，相关技术中，对步进电机转动角度进行检测可以是利用高精度的霍尔传感器或编码器检测步进电机的实际转动角度，然后将实际转动角度和预设转动角度进行比较，依据比较结果进行角度补偿，然而，由于低转速时磁力线不明显，会导致检测精度低，故前者不适用于低转速工况，由于高转速会使信号变形，致使测量结果不可靠，故后者不适用于高转速工况。

基于此，本申请实施例提供一种步进电机校准方法、装置、设备及计算机存储介质，可以对步进电机进行实时调节，提升步进电机的控制精度

请参阅图1，图1是本申请实施例提供的步进电机校准方法的一个可选的流程图。在本申请的一些实施例中，图1中的方法具体可以包括但不限于步骤S101至步骤S106，下面结合图1对这六个步骤进行详细介绍。

步骤S101，获取实时的脉冲信号，确定实时的脉冲信号驱动步进电机时各个阶段的转动速度信息。步进电机中预设有若干个目标跟踪点。

可以理解的是，脉冲信号是驱动所述步进电机转动的信号，脉冲信号包含多个脉冲。对于步进电机，每输入一个脉冲，转子就转动一个角度或前进一步，步进电机输出的角位移或线位移与输入脉冲信号的脉冲数成正比，转速与脉冲信号的脉冲频率成正比。

可以理解的是，目标跟踪点可以是直接设置于步进电机的转子上，或者是设置于与步进电机的转子固定连接的构件上，目标跟踪点为易于观测和视觉图像采集的待检测点。

在步骤S101中，通过获取实时的脉冲信号，确定脉冲信号的脉冲数和脉冲频率，可以确定步进电机在各个阶段（加速阶段、匀速阶段和减速阶段）的转动速度信息、加速度信息和转动角度信息。其中，生成脉冲信号，可以是用户可以通过外部的控制器或人机交互界面向步进电机驱动器发出转动指令，步进电机驱动器接收到转动指令后，生成相应的脉冲信号，并将该脉冲信号输出至步进电机，驱动步进电机沿控制指令所指示的方向转动至控制指令所指示的目标转动角度，从而驱使负载执行相应的动作。

步骤S102，依据预设的采样周期，对目标跟踪点进行周期性图像采样处理，得到采样图像。采样周期的时长等于步进电机连续转动若干圈所需的时长。

可以理解的是，步进电机在各个阶段中，采样周期的时长是动态变化的，采样周期的时长设置，通过依据实时的脉冲信号确定的转动速度信息、加速度信息和转动角度信息来进行设置，在无误差的情况下，使受脉冲信号驱动的步进电机在一个采样周期的时长内正好转动若干圈。也就是说，步进电机的目标转动圈数与采样周期的个数为倍数关系，例如，步进电机的目标转动圈数为1000圈，设定采样周期的时长等于步进电机连续转动1圈所需的时长，则采样周期的个数为1000个，由于步进电机从启动到停止依次经过加速阶段、匀速阶段和减速阶段，各个采样周期的时长不尽相同。

在步骤S102中，具体包括以下步骤：

依据转动速度信息，设定采样周期的时长；

按照采样周期，控制图像采集器件沿相同的采集角度对步进电机和目标跟踪点进行图像采样处理，得到采样图像。

本申请实施例基于梯形加减速算法生成脉冲信号，包括加速阶段、匀速阶段和减速阶段，只要改变脉冲信号的脉冲频率就可以改变步进电机的速度，也就是说调整脉冲之间的时间间隔就可以改变速度。具体而言，在加速阶段，由低于步进电机的启动频率开始启动，以固定的加速度增加转动速度到目标值，脉冲信号的脉冲以加速度发送至步进电机，以使步进电机匀加速转动，在匀速阶段，以最大速度匀速运动，脉冲信号的脉冲以最大速度发送至步进电机，以使步进电机匀速转动，在减速阶段，以加速度不变的速度递减到0，脉冲信号的脉冲以加速度发送至步进电机，以使步进电机匀减速转动。

依据转动速度信息，设定采样周期，可以是通过脉冲信号的脉冲频率确定脉冲信号设定步进电机在各个阶段的瞬时速度和加速度，然后通过确定的瞬时速度和加速度计算步进电机在各个阶段转动预设的若干圈所需的时长，进而确定在各个阶段中采样周期的时长。

按照采样周期，控制图像采集器件沿相同的采集角度对步进电机和目标跟踪点进行图像采样处理，得到采样图像，可以是在确定采样周期的时长之后，在每个采样周期结束之时控制图像采集器件对步进电机和目标跟踪点进行进行图像采样处理，使得每张采样图像均是在相同采样角度下拍摄的，采样图像中包含步进电机的转子和目标跟踪点。

步骤S103，对采样图像进行图像识别处理，得到位置识别结果。位置识别结果包含目标跟踪点在若干个采样时刻的实际点位和预设点位。

在步骤S103中，获取采样图像，对采样图像进行图像识别处理，以识别采样图像中目标跟踪点在采样时刻的实际位置，即实际点位，然后基于脉冲信号预设的转动速度信息以及当前采样周期的时长确定目标跟踪点在采样时刻的预设位置，即预设点位，建立以步进电机的转子为中心的坐标系，实际点位和预设点位通过坐标点的形式表示，从而得到位置识别结果。

步骤S104，计算第一角度值。第一角度值为步进电机转动时实际点位和预设点位之间的角度偏差值。

可以理解的是，第一角度值为在步进电机转动时，以转子为顶点，实际点位与预设点位之间的角度偏差值。

在步骤S104中，具体包括以下步骤：

将采样图像转换为以步进电机的转子为圆心的二维图像；

将实际点位和预设点位映射至二维图像；

以步进电机的转子为顶点，计算实际点位和预设点位之间的角度，得到第一角度值。

具体而言，计算第一角度值，可以是在每个采样周期结束时获取当前的采样图像，由于采样角度不一定是正对垂直于转子长度方向的转子剖面，首先将采样图像转换为以步进电机的转子为圆心的二维图像，二维图像所在的平面与垂直于转子长度方向的转子剖面相平行，然后将实际点位和预设点位映射至二维图像，确定实际点位和预设点在二维图像上的位置，然后以转子作为原点构建平面直角坐标系，确定实际点位的坐标点信息和预设点位的坐标点信息，通过转子的坐标点信息、实际点位的坐标点信息和预设点位的坐标点信息确定转子、实际点位和预设点位两两之间的距离，从而通过相应的三角函数关系来计算第一角度值。

步骤S105，确定第一角度值的误差变化类型，依据误差变化类型，对当前的脉冲信号进行对应的补偿处理，得到补偿后的脉冲信号。

在步骤S105中，在上一次对脉冲信号进行补偿处理并生成补偿后的脉冲信号之后，在每个采样时刻获取计算得到的第一角度值，通过各个第一角度值的具体数值以及第一角度值之间的变化关系，确定第一角度值的误差变化类型，依据误差变化类型，选择相应的补偿处理方法对当前的脉冲信号（上一次补偿周期生成的补偿后的脉冲信号）进行补偿处理，得到当前补偿周期生成的补偿后的脉冲信号。

步骤S106，使用补偿后的脉冲信号驱动步进电机。

本申请实施例所示意的步骤S101至步骤S106，对步进电机及其目标跟踪点进行周期性图像采集，采样周期为步进电机连续转动若干圈所需的时长，然后对周期性采集步进电机转动过程得到的采样图像进行图像识别，确定目标跟踪点在采样时刻的实际点位和预设点位之间的偏差角，即第一角度值，进而依据第一角度值的误差变化类型，对当前的脉冲信号进行对应的补偿处理，得到补偿后的脉冲信号，使用补偿后的脉冲信号驱动步进电机，实现对步进电机进行实时调节。由于采样周期的时长动态设置为步进电机连续转动若干圈所需的时长，可以适配步进电机在各个阶段的步距角误差分析，而后依据第一角度值的误差变化类型来选择相应的补偿处理方式，使补偿更为合理和准确，提升步进电机的控制精度。

请参阅图2，图2是本申请实施例提供的步骤S103的具体方法的流程图。在本申请的一些实施例中，步骤S103具体可以包括但不限于步骤S201至步骤S204，下面结合图2对这四个步骤进行详细介绍。

步骤S201，识别采样图像中的目标跟踪点，得到跟踪点识别结果。

步骤S202，依据采样周期和转动速度信息，确定各采样图像中目标跟踪点预设所在的区域，得到预设点位。

步骤S203，依据跟踪点识别结果，确定采样图像中目标跟踪点实际所在的区域，得到实际点位。

步骤S204，标记预设点位和实际点位，得到位置识别结果。

在步骤S201中，具体包括以下步骤：

利用灰度图转换方法将采样图像转换为灰度图；

利用局部最大类间方差法对灰度图进行二值化处理，得到二值化图像；

利用边缘滤波器对二值化图像进行边缘滤波处理，得到边缘图像；

利用基于最佳梯度方向和插值算法对边缘图像中的目标跟踪点进行识别，得到跟踪点识别结果。

具体而言，首先通过建立边缘滤波器，通过改变边缘滤波器的方向角，从而改变边缘滤波器并行条纹的方向，得到不同的边缘响应的边缘图像，由于滤波器方向角改变，导致边缘图像中体现较大的强边缘差异，因此计算不同边缘图像内所有像素值不为零点的平均灰度值选取最大的平均灰度值对应的方向角，作为最佳梯度方向区间，其中平均灰度值越大，表示目标跟踪点边缘的清晰度越高，在对应方向角的边缘滤波器下响应越好，为提高边缘点的定位性能，对不属于基本边缘方向上的亚像素边缘点进行线性插值处理，从而实现对所有方向的边缘点进行定位处理，通过连接边缘点和保留的插值像素点，所连接的结果便为所识别到的边缘图像中的目标跟踪点，进而实现目标跟踪点的追踪。

在步骤S202中，确定预设点位，可以是通过脉冲信号的脉冲数和脉冲频率，确定步进电机在当前阶段的转动速度信息和加速度信息，然后依据转动速度信息、加速度信息和预设采样周期的时长，计算目标跟踪点在当前采样周期结束时所处的位置，该计算得到的位置即为预设点位。

在步骤S203中，确定实际点位，可以是获取当前采样周期结束时得到的跟踪点识别结果，以通过该跟踪点识别结果确定标跟踪点的实际点位。

在步骤S204中，将预设点位映射至采样图像，然后识别采样图像中的预设点位，得到包含预设点位和实际点位的位置识别结果。

请参阅图3，图3是本申请实施例提供的步骤S105的具体方法的流程图。在本申请的一些实施例中，步骤S105具体可以包括但不限于步骤S301至步骤S304，下面结合图3对这四个步骤进行详细介绍。

步骤S301，判断若干个连续的第一角度值的和是否大于预设角度值。若不大于，执行步骤S302；若大于，执行步骤S304。

步骤S302，判断若干个连续的第一角度值的增速是否超过预设增速。若超过，执行步骤S303；若不超过，返回执行步骤S301。

步骤S303，依据第一角度值的增速生成第一补偿权重，依据第一补偿权重、当前的第一角度值以及当前采样时刻的目标转动角度，生成第一补偿信号。

第一角度值的增速与第一补偿权重呈正相关。

步骤S304，依据第一角度值的和生成第二补偿权重，依据第二补偿权重、第一角度值的和以及当前的采样周期的目标转动角度，生成第二补偿信号。

第一角度值的和与第二补偿权重呈正相关。

步骤S305，使用第一补偿信号或第二补偿信号对当前的脉冲信号进行补偿处理，得到补偿后的脉冲信号。

可以理解的是，根据步进电机的特性，其步距角一圈的误差会随着细分数的变大而变大，第一角度值的误差变化类型包括从小累计型误差变化和从大累计型误差变化，从小累计型误差变化为在一个补偿周期内，第一角度值持续递增，连续若干个第一角度值的和不超过预设角度值，从大累计型误差变化为在一个补偿周期内，第一角度值持续递增，连续若干个第一角度值的和超过预设角度值。其中，补偿周期为相邻两次生成补偿后的脉冲信号之间的时长，或者是从步进电机开始转动至第一次生成补偿后的脉冲信号之间的时长。

在步骤S301中，从步进电机开始转动或上一次生成补偿后的脉冲信号后，获取每个采样时刻计算得到的第一角度值并进行求和运算，得到第一角度值的和，然后将当前的第一角度值的和与预设角度值进行比较，判断当前的第一角度值的和是否大于预设角度值。例如，获取第一个第一角度值后，以该第一角度值作为当前的第一角度值的和，将该第一角度值与预设角度值进行比较，获取第二个第一角度值后，计算前两个第一角度值的和并与预设角度值进行比较，获取第三个第一角度值后，计算前三个第一角度值的和并与预设角度值进行比较，如此类推。

在步骤S302中，在当前的第一角度值的和不大于预设角度值时，判断第一角度值的增速是否超过预设增速，可以是通过计算相邻两个第一角度值的差，然后将计算得到的第一角度值的差与预设角度差值进行比较，若第一角度值的差大于预设角度差值，则第一角度值的增速超过预设增速，需要对当前的脉冲信号进行补偿处理，反之，则第一角度值的增速未超过预设增速，返回步骤S301，以获取下一个第一角度值。例如，获取第一个第一角度值后，直接返回步骤S301，获取前两个第一角度值后，计算该两个第一角度值的差，然后该个第一角度值的差与预设角度差值进行比较，获取前三个第一角度值后，计算后两个第一角度值的差，然后该个第一角度值的差与预设角度差值进行比较，如此类推。

在步骤S303中，依据第一角度值的增速生成第一补偿权重，第一角度值的增速与第一补偿权重呈正相关，第一补偿权重可以是使用当前最新第一角度值的差乘以预设的第一权重因子得到，然后以当前采样时刻的目标转动角度为补偿目标，确定补偿当前的第一角度值的脉冲数量，再使用第一补偿权重乘以确定补偿的脉冲数量，以生成相应的第一补偿信号。

在步骤S304中，依据第一角度值的和生成第二补偿权重，第一角度值的和与第二补偿权重呈正相关，第二补偿权重可以是使用当前最新第一角度值的和乘以预设的第二权重因子得到，然后以当前采样时刻的目标转动角度为补偿目标，确定补偿当前的第一角度值的脉冲数量，再使用第二补偿权重乘以确定补偿的脉冲数量，以生成相应的第二补偿信号。

其中，步进电机处于加速阶段时，第一权重因子和第二权重因子均大于1，步进电机处于匀速阶段时，第一权重因子和第二权重因子均等于1，步进电机处于减速阶段时，第一权重因子和第二权重因子均小于1。

在步骤S305中，当输出第一补偿信号时，使用第一补偿信号对当前的脉冲信号进行补偿处理，当输出第二补偿信号时，使用第二补偿信号对当前的脉冲信号进行补偿处理，以得到补偿后的脉冲信号

请参阅图4，图4是本申请实施例提供在步骤S106之后的方法的流程图。在本申请的一些实施例中，在步骤S106之后具体还可以包括但不限于步骤S401至步骤S403，下面结合图4对这三个步骤进行详细介绍。

步骤S401，计算第二角度值。第二角度值为步进电机转动结束后实际点位和预设点位之间的角度偏差值。

步骤S402，依据第二角度值，生成二次补偿的脉冲信号。

步骤S403，使用二次补偿的脉冲信号驱动步进电机，以使目标跟踪点到达最终的实际点位。

可以理解的是，第二角度值为在步进电机转动结束后，以转子为顶点，实际点位与预设点位之间的角度偏差值。第二角度值的计算过程与第一角度值的计算过程相同，本实施例不再赘述。

具体而言，在步进电机转动结束后，对目标跟踪点进行图像采集处理，从而计算第二角度值，以步进电机转动结束时的目标转动角度为补偿目标，确定补偿当前的第二角度值的脉冲数量，以生成二次补偿的脉冲信号，输出二次补偿的脉冲信号至步进电机，以使目标跟踪点到达最终的实际点位。

请参阅图5，本申请实施例还提供一种步进电机校准装置，可以实现上述步进电机校准方法，该装置包括：

本申请实施例还提供一种步进电机校准装置，包括：

第一模块501，用于获取实时的脉冲信号，确定所述实时的脉冲信号驱动步进电机时各个阶段的转动速度信息；所述步进电机中预设有若干个目标跟踪点；

第二模块502，用于依据预设的采样周期，对所述目标跟踪点进行周期性图像采样处理，得到采样图像；所述采样周期的时长等于所述步进电机连续转动若干圈所需的时长；

第三模块503，用于对所述采样图像进行图像识别处理，得到位置识别结果；所述位置识别结果包含所述目标跟踪点在若干个采样时刻的实际点位和预设点位；

第四模块504，用于计算第一角度值；所述第一角度值为所述步进电机转动时所述实际点位和所述预设点位之间的角度偏差值；

第五模块505，用于确定所述第一角度值的误差变化类型，依据所述误差变化类型，对当前的脉冲信号进行对应的补偿处理，得到补偿后的脉冲信号；

第六模块506，用于使用所述补偿后的脉冲信号驱动所述步进电机。

该步进电机校准装置的具体实施方式与上述步进电机校准方法的具体实施例基本相同，在此不再赘述。

图6是根据一示例性实施例示出的一种电子设备的框图。

下面参照图6来描述根据本公开的这种实施方式的电子设备600。图6显示的电子设备600仅仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图6所示，电子设备600以通用计算设备的形式表现。电子设备600的组件可以包括但不限于：至少一个处理单元610、至少一个存储单元620、连接不同系统组件(包括存储单元620和处理单元610)的总线630、显示单元640等。

其中，存储单元存储有程序代码，程序代码可以被处理单元610执行，使得处理单元610执行本说明书上述步进电机校准方法部分中描述的根据本公开各种示例性实施方式的步骤。例如，处理单元610可以执行如图1、图2、图3和图4中所示的步骤。

存储单元620可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取存储单元(RAM)6201和/或高速缓存存储单元6202，还可以进一步包括只读存储单元(ROM)6203。

存储单元620还可以包括具有一组(至少一个)程序模块6205的程序/实用工具6204，这样的程序模块6205包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。

总线630可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。

电子设备600也可以与一个或多个外部设备600’(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备600交互的设备通信，和/或与使得该电子设备600能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口650进行。并且，电子设备600还可以通过网络适配器660与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。网络适配器660可以通过总线630与电子设备600的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备600使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。

本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的步进电机校准方法。

本申请实施例提供的步进电机校准方法、装置、设备及存储介质，对步进电机及其目标跟踪点进行周期性图像采集，采样周期为步进电机连续转动若干圈所需的时长，然后对周期性采集步进电机转动过程得到的采样图像进行图像识别，确定目标跟踪点在采样时刻的实际点位和预设点位之间的偏差角，即第一角度值，进而依据第一角度值的误差变化类型，对当前的脉冲信号进行对应的补偿处理，得到补偿后的脉冲信号，使用补偿后的脉冲信号驱动步进电机，实现对步进电机进行实时调节。由于采样周期的时长动态设置为步进电机连续转动若干圈所需的时长，可以适配步进电机在各个阶段的步距角误差分析，而后依据第一角度值的误差变化类型来选择相应的补偿处理方式，使补偿更为合理和准确，提升步进电机的控制精度。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本公开实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行根据本公开实施方式的上述方法。

程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

计算机可读存储介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读存储介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本公开操作的程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

本领域技术人员可以理解上述各模块可以按照实施例的描述分布于装置中，也可以进行相应变化唯一不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

通过以上的实施例的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施例可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本公开实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、移动终端、或者网络设备等)执行根据本公开实施例的方法。

以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (9)

1.一种步进电机校准方法，其特征在于，包括：

获取实时的脉冲信号，确定所述实时的脉冲信号驱动步进电机时各个阶段的转动速度信息；所述步进电机中预设有若干个目标跟踪点；

依据预设的采样周期，对所述目标跟踪点进行周期性图像采样处理，得到采样图像；所述采样周期的时长等于所述步进电机连续转动若干圈所需的时长；

对所述采样图像进行图像识别处理，得到位置识别结果；所述位置识别结果包含所述目标跟踪点在若干个采样时刻的实际点位和预设点位；

计算第一角度值；所述第一角度值为所述步进电机转动时所述实际点位和所述预设点位之间的角度偏差值；

确定所述第一角度值的误差变化类型，依据所述误差变化类型，对当前的脉冲信号进行对应的补偿处理，得到补偿后的脉冲信号；

使用所述补偿后的脉冲信号驱动所述步进电机；

所述确定所述第一角度值的误差变化类型，依据所述误差变化类型，对当前的脉冲信号进行对应的补偿处理，得到补偿后的脉冲信号，包括：

判断若干个连续的所述第一角度值的和是否大于预设角度值；

若不大于，判断若干个连续的所述第一角度值的增速是否超过预设增速；

若不超过，返回所述判断若干个连续的所述第一角度值的和是否大于预设角度值的步骤；

若超过，依据所述第一角度值的增速生成第一补偿权重，依据所述第一补偿权重、当前的所述第一角度值以及当前采样时刻的目标转动角度，生成第一补偿信号；所述第一角度值的增速与所述第一补偿权重呈正相关；

若大于，依据所述第一角度值的和生成第二补偿权重，依据所述第二补偿权重、所述第一角度值的和以及当前的所述采样周期的目标转动角度，生成第二补偿信号；所述第一角度值的和与所述第二补偿权重呈正相关；

使用所述第一补偿信号或所述第二补偿信号对所述当前的脉冲信号进行补偿处理，得到所述补偿后的脉冲信号。

2.根据权利要求1所述的步进电机校准方法，其特征在于，所述依据预设的采样周期，对所述目标跟踪点进行周期性图像采样处理，得到采样图像，包括：

依据所述转动速度信息，设定所述采样周期的时长；

按照所述采样周期，控制图像采集器件沿相同的采集角度对所述步进电机和所述目标跟踪点进行图像采样处理，得到所述采样图像。

3.根据权利要求1所述的步进电机校准方法，其特征在于，所述对所述采样图像进行图像识别处理，得到位置识别结果，包括：

识别所述采样图像中的所述目标跟踪点，得到跟踪点识别结果；

依据所述采样周期和所述转动速度信息，确定各所述采样图像中所述目标跟踪点预设所在的区域，得到所述预设点位；

依据所述跟踪点识别结果，确定所述采样图像中所述目标跟踪点实际所在的区域，得到所述实际点位；

标记所述预设点位和所述实际点位，得到所述位置识别结果。

4.根据权利要求3所述的步进电机校准方法，其特征在于，所述识别所述采样图像中的所述目标跟踪点，得到跟踪点识别结果，包括：

利用灰度图转换方法将所述采样图像转换为灰度图；

利用局部最大类间方差法对所述灰度图进行二值化处理，得到二值化图像；

利用边缘滤波器对所述二值化图像进行边缘滤波处理，得到边缘图像；

利用基于最佳梯度方向和插值算法对所述边缘图像中的所述目标跟踪点进行识别，得到所述跟踪点识别结果。

5.根据权利要求1所述的步进电机校准方法，其特征在于，所述计算第一角度值，包括：

将所述采样图像转换为以所述步进电机的转子为圆心的二维图像；

将所述实际点位和所述预设点位映射至所述二维图像；

以所述步进电机的转子为顶点，计算所述实际点位和所述预设点位之间的角度，得到所述第一角度值。

6.根据权利要求1所述的步进电机校准方法，其特征在于，在所述使用所述补偿后的脉冲信号驱动所述步进电机之后，还包括：

计算第二角度值；所述第二角度值为所述步进电机转动结束后所述实际点位和所述预设点位之间的角度偏差值；

依据所述第二角度值，生成二次补偿的脉冲信号；

使用所述二次补偿的脉冲信号驱动所述步进电机，以使所述目标跟踪点到达最终的所述实际点位。

7.一种步进电机校准装置，其特征在于，包括：

第一模块，用于获取实时的脉冲信号，确定所述实时的脉冲信号驱动步进电机时各个阶段的转动速度信息；所述步进电机中预设有若干个目标跟踪点；

第二模块，用于依据预设的采样周期，对所述目标跟踪点进行周期性图像采样处理，得到采样图像；所述采样周期的时长等于所述步进电机连续转动若干圈所需的时长；

第三模块，用于对所述采样图像进行图像识别处理，得到位置识别结果；所述位置识别结果包含所述目标跟踪点在若干个采样时刻的实际点位和预设点位；

第四模块，用于计算第一角度值；所述第一角度值为所述步进电机转动时所述实际点位和所述预设点位之间的角度偏差值；

第五模块，用于确定所述第一角度值的误差变化类型，依据所述误差变化类型，对当前的脉冲信号进行对应的补偿处理，得到补偿后的脉冲信号；

第六模块，用于使用所述补偿后的脉冲信号驱动所述步进电机；

所述确定所述第一角度值的误差变化类型，依据所述误差变化类型，对当前的脉冲信号进行对应的补偿处理，得到补偿后的脉冲信号，包括：

判断若干个连续的所述第一角度值的和是否大于预设角度值；

若不大于，判断若干个连续的所述第一角度值的增速是否超过预设增速；

若不超过，返回所述判断若干个连续的所述第一角度值的和是否大于预设角度值的步骤；

若超过，依据所述第一角度值的增速生成第一补偿权重，依据所述第一补偿权重、当前的所述第一角度值以及当前采样时刻的目标转动角度，生成第一补偿信号；所述第一角度值的增速与所述第一补偿权重呈正相关；

若大于，依据所述第一角度值的和生成第二补偿权重，依据所述第二补偿权重、所述第一角度值的和以及当前的所述采样周期的目标转动角度，生成第二补偿信号；所述第一角度值的和与所述第二补偿权重呈正相关；

使用所述第一补偿信号或所述第二补偿信号对所述当前的脉冲信号进行补偿处理，得到所述补偿后的脉冲信号。

8.一种电子设备，其特征在于，所述电子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权利要求1至6任一项所述的步进电机校准方法。

9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的步进电机校准方法。