CN210927491U

CN210927491U - 电机失步补偿电路

Info

Publication number: CN210927491U
Application number: CN201922244057.7U
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Suzhou Zhigan Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Suzhou Zhigan Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2019-12-13
Filing date: 2019-12-13
Publication date: 2020-07-03
Anticipated expiration: 2029-12-13

Abstract

本实用新型提供了一种电机失步补偿电路，包括：坐标控制单元，用于响应于输入的电机失步恢复指令开启光耦电路，以获取光耦电路的目标输出电平，并基于目标输出电平与预设光耦输出电平的关系确定目标输出电平发生跳变时对应的电机物理位置的预估坐标；微步控制单元，与坐标控制单元相连，微步控制单元用于基于电机物理位置的预估坐标确定电机的目标补偿值，以基于目标补偿值对电机的运动步数进行补偿。本实用新型解决了由于电机失步而导致镜头失焦、画面成像模糊的问题。

Description

电机失步补偿电路

技术领域

本实用新型涉及电机驱动领域，尤其涉及一种电机失步补偿电路。

背景技术

电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机，在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的，可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，以达到调速的目的。

电机在正常工作中会由于力矩不足或相位缺失或机械故障等原因造成电机失步，即电机实际位置与逻辑位置不吻合，从而导致镜头失焦、画面成像模糊。

有鉴于此，有必要对现有技术中的电机驱动方案予以改进，以解决上述技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是在于提供一种电机失步补偿电路，以解决由于电机失步而导致镜头失焦、画面成像模糊的问题。

为实现上述目的，本实用新型是这样实现的：

本实用新型提供了一种电机失步补偿电路，其包括：

坐标控制单元，用于响应于输入的电机失步恢复指令开启光耦电路，以获取光耦电路的目标输出电平，并基于所述目标输出电平与预设光耦输出电平的关系确定所述目标输出电平发生跳变时对应的电机物理位置的预估坐标；

微步控制单元，与所述坐标控制单元相连，所述微步控制单元用于基于所述电机物理位置的预估坐标确定电机的目标补偿值，以基于所述目标补偿值对电机的运动步数进行补偿；

其中，所述微步控制单元和所述坐标控制单元均包括多个寄存器。

本实用新型实施例的有益效果为：

由于本实用新型实施例的电机失步补偿电路通过坐标控制单元在响应于输入的电机失步恢复指令后开启光耦电路并获取光耦电路的目标输出电平，然后根据目标输出电平与预设光耦输出电平的关系确定目标输出电平跳变时对应的电机物理位置的预估坐标，从而通过微步控制单元根据电机物理位置的预估坐标确定电机的目标补偿值，以基于目标补偿值对电机的运动步数进行补偿。如此，电机能够自动以补偿后的运动步数进行运动，以自动补偿由于力矩不足或相位缺失或机械故障等原因造成电机失步的问题，从而能够改善镜头失焦、画面成像模糊的缺陷，解决了由于电机失步而导致镜头失焦、画面成像模糊的问题。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的电机失步补偿电路的示意性结构框图；

图2为图1中坐标控制单元的示意性结构图；

图3为本实用新型另一个实施例的电机失步补偿电路的示意性结构框图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本实用新型的保护范围之内。

以下结合附图，详细说明本实用新型各实施例提供的技术方案。

本实用新型实施例提供一种电机失步补偿电路200，如图1所示，该电机失步补偿电路200包括：坐标控制单元30，用于响应于输入的电机失步恢复指令开启光耦电路，以获取光耦电路的目标输出电平，并基于目标输出电平与预设光耦输出电平的关系确定目标输出电平发生跳变时对应的电机物理位置的预估坐标；微步控制单元20，与坐标控制单元30相连，用于基于电机物理位置的预估坐标确定电机的目标补偿值，以基于目标补偿值对电机的运动步数进行补偿。其中，电机失步补偿电路200可包括光耦电路控制单元40，用于响应于坐标控制单元30发送的电机失步恢复指令开启光耦电路。其中，微步控制单元20和坐标控制单元30均包括多个寄存器。电机失步恢复指令可根据用户的实际需求进行设置，比如，在每天固定的时间点(一般是白天)或固定的镜头操作次数(如50次或100次或200次或500次等)后使能一次。

如图2所示，坐标控制单元30中可包含有6个寄存器，该6个寄存器分别为遮光区对应的逻辑电平寄存器301(用于存储预设光耦输出电平)、光耦位置对应的电机逻辑坐标寄存器302(用于存储光耦电路的目标输出电平发生跳变时的电机逻辑坐标)、当前通道坐标寄存器303(用户存储电机的物理坐标)、失步触发的速度门限值寄存器304(用于存储预设速度门限值v₁)、补偿斜率寄存器305(用于存储根据电机当前速度进行补偿的补偿斜率k)、基础补偿步数寄存器306(用于存储对电机运动步数进行补偿的基础补偿步数s)。其中，6个寄存器中所存储的值可由用户通过在上位机端输入存储至各个寄存器中。

需要说明的是，当前通道坐标寄存器303中所存储的值在系统刚初始化时并没有实际意义，即无法通过当前通道坐标寄存器303中所存储的值知道电机的实际位置，需要在自检操作得到光耦位置对应的逻辑坐标(即电机实际坐标)后，将光耦位置对应的逻辑坐标寄存器302存储的值填入当前通道坐标寄存器303中，从而使得当前通道的逻辑坐标与电机逻辑坐标相对应。

坐标控制单元30可控制光耦电路控制单元40通过LED信号(如图1中的LED1或LEDn信号)打开或关闭各个对应通道的光耦电路。即坐标控制单元30在接收到通过上位机端输入的电机失步恢复指令后可直接控制光耦电路开启，也可控制光耦电路控制单元40开启光耦电路。图1中光耦电路控制单元40的输入信号VSENS1(或VSENSn)与电机的驱动桥(图1中未示出)相连，由于在本实用新型实施例中不着重介绍电机的驱动桥，因此在此对电机的驱动桥部分不做详细赘述。

其中，光耦是以光为媒介来传输电信号的器件，集成在镜头内部，通常把发光器(红外线发光二极管LED)与受光器(光敏半导体管，光敏电阻)封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，称为光耦导通，同理受光器接收不到光线时，无法产生光电流，与光耦导通相比，两者输出的电平不同，由此通过输出电平的不同判断受光器是否被遮挡。而光耦电路集成在镜头的内部，当光耦电路打开时，电机驱动镜头内各群组由非遮光区移至遮光区，此时光耦输出电平会发生跳变(镜头内各群组在非遮光区或遮光区时对应的光耦输出电平不同)，因此，电机驱动镜头内各群组由非遮光区移至遮光区或由遮光区移至非遮光区时光耦电路的输出电平发生变化(目标输出电平发生跳变)，根据光耦电路的输出电平的跳变点确定电机位置的定标点(即光耦电路的目标输出电平发生跳变时的电机逻辑坐标)，从而基于光耦电路的目标输出电平发生跳变时的电机逻辑坐标(以及后文中所涉及的电机当前运动速度v₀与预设速度门限值v₁的关系)确定电机物理位置的预估坐标。

由于本实用新型实施例的电机失步补偿电路200通过坐标控制单元30响应于输入的电机失步恢复指令开启光耦电路，以获取光耦电路的目标输出电平，并基于目标输出电平与预设光耦输出电平的关系确定目标输出电平发生跳变时对应的电机物理位置的预估坐标，然后通过微步控制单元20根据电机物理位置的预估坐标确定电机的目标补偿值，从而根据目标补偿值对电机的运动步数进行补偿。如此，电机以补偿后的运动步数进行运动能够补偿由于力矩不足或相位缺失或机械故障灯原因造成电机失步的问题，从而改善镜头失焦、画面成像模糊的缺陷。

在上述实施例中，微步控制单元20用于获取电机当前运动速度v₀；坐标控制单元30用于获取目标输出电平发生跳变时对应的电机逻辑坐标P₁，并根据电机当前运动速度v₀与预设速度门限值v₁的关系以及电机逻辑坐标P₁确定电机物理位置的预估坐标P。其中，坐标控制单元30还用于根据微步控制单元20获取的电机当前运动速度v₀大于预设速度门限值v₁时，将电机逻辑坐标P₁与补偿量ΔP之和确定为电机物理位置的预估坐标P；在微步控制单元20获取的电机当前运动速度v₀不大于预设速度门限值v₁时，将电机逻辑坐标P₁确定为电机物理位置的预估坐标P。其中，ΔP＝(v₀-v₁)/k)*s，ΔP为补偿量，v₀表示电机当前运动速度，v₁为预设速度门限值，k为补偿斜率，s为基础补偿步数。坐标控制单元30还用于获取电机的物理坐标值P₂，微步控制单元20则用于将坐标控制单元30获取的电机的物理坐标值P₂与电机物理位置的预估坐标P之间的差值确定为目标补偿值ΔP₂，即ΔP₂＝P₂-P。

其中，在触发电机失步恢复指令后，坐标控制单元30中的失步触发的速度门限值寄存器304、补偿斜率寄存器305以及基础补偿步数寄存器306开始工作。

如此，本实用新型实施例的电机失步补偿电路200将得到的目标补偿值ΔP₂加入到电机之后的运动步数中，能够有效地对电机的运动步数进行补偿，以改善甚至避免电机失步的问题。

在上述进一步的实施例中，微步控制单元20用于在根据坐标控制单元30得到的目标补偿值为正数时以电机的物理坐标值增大方向对电机的运动步数进行补偿，从而控制电机以补偿后的运动步数进行运动；在根据坐标控制单元30得到的目标补偿值为负数时以电机的物理坐标值减小方向对电机的运动步数进行补偿，从而控制电机以补偿后的运动步数进行运动。微步控制单元20还在根据坐标控制单元30检测到光耦电路的目标输出电平发生跳变时确定是否更新目标补偿值。具体地，微步控制单元20在目标差值大于更新前的目标补偿值将目标差值作为更新后的目标补偿值，目标差值为一次运动的最大步数(一次运动的时间是固定的，速度有个上限，由电机本身决定，从而得到一帧运动的最大步数)与电机的单次运动步数之间的差值；或在目标差值小于或等于更新前的目标补偿值时令目标补偿值保持不变。

应理解，由于电机失步问题，在启动频率范围内电机可随意加速或减速或停止或转向，因此需要在保证不超过启动频率范围的条件下加入对电机的运动步数进行补偿。由于用户通过在上位机端输入启动频率START_SPEED，因此在启动频率范围内，每一图像帧一次运动的最大步数Stepmax可参见如下公式：

Stepmax＝(START_SPEED*8*FR)/1000。

其中，FR表示图像帧的帧率。光耦电路的目标输出电平跳变后，若电机的单次运动步数STEPS加上补偿的步数(也即更新后的目标补偿值Pcompensate)，此时，更新后的目标补偿值Pcompensate取更新前的目标补偿值与(Stepmax-STEPS)中的较大值。补偿后，将更新后的目标补偿值Pcompensate减去已补偿步数，以进行下一帧补偿，直至更新后的目标补偿值Pcompensate为0。若在之后的电机的单次运动步数STEPS运动中减去补偿的步数(也即更新后的目标补偿值Pcompensate)，此时，更新后的目标补偿值Pcompensate取更新前的目标补偿值与电机的单次运动步数STEPS中的较大值，重复此过程，直至Pcompensate为0。

在上述任一项实施例中，微步控制单元20用于基于预设光耦输出电平和目标输出电平的关系，控制电机向镜头目标方向运动，直至目标输出电平发生跳变，以在目标输出电平发生跳变时将光耦位置对应的电机坐标确定为电机逻辑坐标。

通过微步控制单元20根据目标输出电平与镜头遮光区对应的预设光耦输出电平的关系控制电机向镜头目标方向运动，直至目标输出电平发生跳变，从而通过坐标控制单元30将目标输出电平发生跳变时光耦位置对应的电机坐标确定为电机的实际坐标。因此，根据目标输出电平的跳变点寻找电机的定标点能够确定电机的实际位置，从而能够解决电机在运动中由于无法确定电机的实际位置而导致电机运动失步的问题。

此外，在一个实施例中，微步控制单元20在预设光耦输出电平与根据坐标控制单元30得到的目标输出电平相同时控制电机向镜头非遮光区方向运动；或者在预设光耦输出电平与根据坐标控制单元30得到的目标输出电平相反时控制电机向镜头遮光区方向运动。

在另一个实施例中，微步控制单元20在预设光耦输出电平与根据坐标控制单元30得到的目标输出电平相同时控制电机以第一速度向镜头W端方向大步运动直至目标输出电平发生第一次跳变之后，控制电机以第二速度向镜头T端方向单步运动直至目标输出电平发生第二次跳变；若预设光耦输出电平与根据坐标控制单元30得到的目标输出电平相反时控制电机以第一速度向镜头T端方向大步运动直至目标输出电平发生第一次跳变之后，控制电机以第二速度向镜头W端方向单步运动直至目标输出电平发生第二次跳变。此时，坐标控制单元30将目标输出电平发生第二次跳变时光耦位置对应的电机坐标确定为电机逻辑坐标。

其中，大步运动过程所对应的填写参数为：帧率＝25，延时＝0，步进电机的运动步数＝SPEED*8/25，其中，电机运动速度等于启动频率SPEED。单步运动所对应的填写参数为：电机的运动步数＝1。

由于光耦电路集成在镜头的内部，当光耦电路打开时，电机驱动镜头内各群组由非遮光区移至遮光区，此时光耦输出电平会发生跳变，从而根据光耦输出电平的跳变点确定电机位置的定标点。因此，通过光耦电路的目标输出电平查找到由低到高(或由高变低)的跳变点，以确定电机的实际位置，能够解决电机在运动中由于无法确定电机的实际位置而导致电机运动失步的问题。

如图1所示，电机失步补偿电路200可包括逻辑控制单元10，与微步控制单元20相连，且与坐标控制单元30相连，逻辑控制单元用于分别向微步控制单元和坐标控制单元30发送时钟信号，以驱动微步控制单元20和坐标控制单元30基于时钟信号进行工作。电机失步补偿电路200还包括倍频单元60，倍频单元60的输入端与逻辑控制单元10相连，倍频单元60的输出端分别与微步控制单元20和坐标控制单元30相连，倍频单元60用于对逻辑控制单元10输出的时钟信号执行倍频操作，并将倍频后的时钟信号分别发送至微步控制单元20和坐标控制单元30。

第一方面，逻辑控制单元10向主控单元100提供硬件SPI总线操作接口，由此，主控单元100发出的CS信号通过逻辑控制单元10访问微步控制单元20和坐标控制单元30中的寄存器；第二方面，逻辑控制单元10将主控单元100提供的时钟信号(可经由一倍频单元，图1中未示出)发送给微步控制单元20和坐标控制单元30，时钟信号的最高频率可高达400MHZ，每个时钟信号的上升沿沿着微步控制单元20和坐标控制单元30执行一次操作，相当于微步控制单元20和坐标控制单元30的心跳。第三方面，接收主控单元100输出的VD、PLS、SCK、SDATA同步信号，以控制微步控制单元20和坐标控制单元30等单元工作。

应理解，主控单元100发出同步信号后，通过SPI总线将电机运动参数写入微步控制单元20，并拉高VD控制线，主控单元100响应于用户输入的VD延时时间，通过逻辑控制单元10向微步控制单元20发出开始运动指令，微步控制单元20基于其寄存器中所存储的参数进行单次新的运动。主控单元100会通过逻辑控制单元10监控微步控制单元20的运动状态，当驱动电机运动时会拉高PLS信号，当驱动电机停止运动时会拉低PLS信号，由此，主控单元100通过PLS信号可得到电机当前是否处于运动中。

结合图1进行说明，具体来讲，主控芯片100可在初始化阶段将各个通道的光耦逻辑坐标，遮光区对应的光耦输出电平填入相应的寄存器，然后启动自检功能，自检功能亦可作为镜头的复位功能。坐标控制单元30可读写微步控制单元20中寄存器所存储的内容，即坐标控制单元30可与主控单元100一样填写运动参数，发起一次电机的运动操作。当坐标控制单元30接收到逻辑控制单元10发出的自检命令后，会自主驱动光耦电路控制单元40打开镜头中的光耦电路。以zoom通道为例，坐标控制单元30读取目标输出电平V2，如果预设光耦输出电平(遮光区光耦输出电平V1)与目标输出电平V2一致，则控制微步控制单元20驱动步进电机向W端方向大步运动，直至目标输出电平V2发生跳变，再控制微步控制单元20驱动步进电机向T端低速单步运动，值至目标输出电平V2再一次跳变。如果自检前目标输出电平V2与遮光区光耦输出电平V1相反，则按照上述过程反方向运动。

其中，逻辑控制单元10将主控单元100发送的PLS信号传输至坐标控制单元30，由此，主控单元可通过PLS信号的电平判断步进电机的一次运动是否结束，以确定是否再次发送命令继续运动或者停止。

需要说明的是，在图1的实施例中，主控单元100和电机失步补偿电路200为两个互相独立的单元进行相互通信。上述任一项实施例所述的上位机端则可以为主控单元100，即通过在主控单元100中输入的电机失步恢复指令，通过逻辑控制单元10控制坐标控制单元30开启光耦电路。

在另外一个实施例中，如图3所示，主控单元100可以作为电机失步补偿电路200中的一部分进行通信。此时，电机失步补偿电路200还包括主控单元100，与逻辑控制单元10相连，用于向逻辑控制单元10提供时钟信号，以通过逻辑控制单元10分别向微步控制单元20和坐标控制30单元发送时钟信号，以驱动微步控制单元20和坐标控制单元30基于时钟信号进行工作。

当然，电机失步补偿电路200也可以作为主控单元100的一部分，只要能够实现对电机失步的问题进行补偿即可，不限于本实用新型实施例所限定的保护范围。

其中，主控单元100和电机失步补偿电路200可以为不限于物理机、虚拟机、云主机或者移动计算装置。

上述任一项实用新型实施例中的“W端”是指镜头的近端，“T端”是指镜头的远端。上述任一项实用新型实施例所涉及的“电机坐标”是指电机控制的镜片组所在的位置。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种电机失步补偿电路，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的电机失步补偿电路，其特征在于，还包括：

光耦电路控制单元，与所述坐标控制单元相连，用于响应于所述坐标控制单元发送的电机失步恢复指令开启光耦电路。

3.根据权利要求1所述的电机失步补偿电路，其特征在于：

所述坐标控制单元用于获取电机的物理坐标值；

所述微步控制单元用于将所述电机的物理坐标值与所述电机物理位置的预估坐标之间的差值确定为所述目标补偿值。

4.根据权利要求1所述的电机失步补偿电路，其特征在于：

所述微步控制单元用于获取电机当前运动速度；

所述坐标控制单元用于获取所述目标输出电平发生跳变时的电机逻辑坐标，并基于所述电机当前运动速度与预设速度门限值的关系以及所述目标输出电平跳变时的电机逻辑坐标确定所述电机物理位置的预估坐标。

5.根据权利要求4所述的电机失步补偿电路，其特征在于，所述坐标控制单元用于：

基于所述预设光耦输出电平和所述目标输出电平的关系，控制所述电机向镜头目标方向运动，直至所述目标输出电平发生跳变，以将所述目标输出电平发生跳变时的电机坐标确定为所述电机逻辑坐标。

6.根据权利要求1所述的电机失步补偿电路，其特征在于，还包括逻辑控制单元，与所述微步控制单元相连，且与所述坐标控制单元相连，所述逻辑控制单元用于分别向所述微步控制单元和所述坐标控制单元发送时钟信号，以驱动所述微步控制单元和所述坐标控制单元基于所述时钟信号进行工作。

7.根据权利要求6所述的电机失步补偿电路，其特征在于，还包括倍频单元，所述倍频单元的输入端与所述逻辑控制单元相连，所述倍频单元的输出端分别与所述微步控制单元和所述坐标控制单元相连，所述倍频单元用于对所述逻辑控制单元输出的时钟信号执行倍频操作，并将倍频后的时钟信号分别发送至所述微步控制单元和所述坐标控制单元。

8.根据权利要求6所述的电机失步补偿电路，其特征在于，还包括主控单元，与所述逻辑控制单元相连，用于向所述逻辑控制单元提供时钟信号，以通过所述逻辑控制单元分别向所述微步控制单元和所述坐标控制单元发送时钟信号，以驱动所述微步控制单元和所述坐标控制单元基于所述时钟信号进行工作。