步进电机闭环控制方法和装置

技术领域

本发明涉及步进电机闭环控制技术领域，尤其涉及一种步进电机闭环控制方法和装置。

背景技术

目前步进电机有开环控制和闭环控制两类，其中闭环控制大部分采取类似伺服三闭环的方法，即内环为电流环，外环分别为速度环和位置环。目前采用伺服方式的三闭环控制，使得步进电机刚性强的优点变差，不同传动机构需要调整不同的参数。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中采用伺服方式的三闭环控制，会使得步进电机刚性强的优点变差，不同传动机构需要调整不同的参数的问题，从而提供一种步进电机闭环控制方法和装置。

为解决上述技术问题，本发明公开实施例至少提供一种步进电机闭环控制方法和装置。

第一方面，本发明公开实施例提供了一种步进电机闭环控制方法，包括：

根据预设位置值和反馈位置值确定位置控制量；

根据预设速度值和反馈速度值确定速度控制量；

根据所述位置控制量和所述速度控制量确定目标超前角度；

根据所述目标超前角度和所述反馈位置确定步进电机运行的目标角度；

根据所述目标角度进行电流分配。

可选地，根据所述目标角度进行电流分配包括：A相电流为I*sin(Angle)，B相电流为I*cos(Angle)，其中，I为设定的电机电流峰值，Angle为所述目标角度。

可选地，所述根据预设位置值和反馈位置值确定位置控制量包括：用所述预设位置值和所述反馈位置值做差，得到位置偏差值；用所述位置偏差值做PI控制，获取所述位置控制量。

可选地，所述根据预设速度值和反馈速度值确定速度控制量包括：用所述预设速度值和所述反馈速度值做差，得到速度偏差值；用所述速度偏差值做PI控制，获取速度控制量。

可选地，所述根据所述位置控制量和所述速度控制量确定目标超前角度包括：将所述位置控制量和所述速度控制量两者相加，并对相加后的值进行第一限幅；将第一限幅后的值与速度延迟所引起的角度偏差相加，并对相加后的值进行第二限幅；将第二限幅后的值进行低通滤波器，得到所述目标超前角度。

可选地，所述根据所述目标超前角度和所述反馈位置确定步进电机运行的目标角度为：用所述目标超前角度与所述反馈位置相加后得到步进电机运行时需要的所述目标角度。

第二方面，本发明公开实施例还提供一种步进电机闭环控制装置，包括：

位置控制量获取模块，用于根据预设位置值和反馈位置值确定位置控制量；

速度控制量获取模块，用于根据预设速度值和反馈速度值确定速度控制量；

目标超前角度确定模块，用于根据所述位置控制量和所述速度控制量确定目标超前角度；

目标角度确定模块，用于根据所述目标超前角度和所述反馈位置确定步进电机运行的目标角度；

电流分配模块，用于根据所述目标角度进行电流分配。

可选地，电流分配模块根据所述目标角度进行电流分配包括：电流分配模块设置A相电流为I*sin(Angle)，B相电流为I*cos(Angle)，其中，I为设定的电机电流峰值，Angle为所述目标角度。

第三方面，本发明公开实施例还提供一种计算机设备，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当计算机设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行上述第一方面，或第一方面中任一种可能的实施方式中的步骤。

第四方面，本发明公开实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上述第一方面，或第一方面中任一种可能的实施方式中的步骤。

本发明的实施例提供的技术方案可以具有以下有益效果：

根据预设位置值和反馈位置值确定位置控制量；根据预设速度值和反馈速度值确定速度控制量；根据位置控制量和速度控制量确定目标超前角度；根据目标超前角度和反馈位置确定步进电机运行的目标角度；根据目标角度进行电流分配，得到得到超前角度LeadAngle与反馈位置一起参与电机旋转角度Angle。增加Angle_delay补偿转速延迟导致的位置偏差。控制量直接作用于步进电机的旋转角度Angle，不像伺服控制作用于电机电流。该方案对步进电机进行角度的闭环控制后，能不降低步进电机的刚性，同时也能保证电机快速，在不降低步进电机刚性的前提下，完成步进电机的闭环控制。位置环和速度环不再是串联，而是单独并联进行控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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示出了本发明公开实施例所提供的一种步进电机闭环控制方法的流程图；

图2示出了本发明公开实施例所提供的一种步进电机闭环控制方法的过程示意图；

图3示出了本发明公开实施例所提供的一种步进电机闭环控制装置的结构示意图；

图4示出了本发明公开实施例所提供的一种计算机设备的结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如发明内容中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

实施例1

如图1所示，本发明公开实施例所提供的一种步进电机闭环控制方法的流程图，该方法包括：

S11：根据预设位置值和反馈位置值确定位置控制量。

S12：根据预设速度值和反馈速度值确定速度控制量。

S13：根据位置控制量和速度控制量确定目标超前角度。

S14：根据目标超前角度和反馈位置确定步进电机运行的目标角度。

S15：根据目标角度进行电流分配。

在一些可选实施例中，根据目标角度进行电流分配包括：A相电流为I*sin(Angle)，B相电流为I*cos(Angle)，其中，I为设定的电机电流峰值，Angle为目标角度。

在一些可选实施例中，S11可以但不限于通过以下过程实现：

S111：用预设位置值和反馈位置值做差，得到位置偏差值。

S112：用位置偏差值做PI控制，获取位置控制量。

在一些可选实施例中，S12可以但不限于通过以下过程实现：

S121:用预设速度值和反馈速度值做差，得到速度偏差值。

S122:用速度偏差值做PI控制，获取速度控制量。

在一些可选实施例中，S13可以但不限于通过以下过程实现：

S131:将位置控制量和速度控制量两者相加，并对相加后的值进行第一限幅；

S132:将第一限幅后的值与速度延迟所引起的角度偏差相加，并对相加后的值进行第二限幅；

S133:将第二限幅后的值进行低通滤波器，得到目标超前角度。

在一些可选实施例中，用目标超前角度与反馈位置相加后得到步进电机运行时需要的目标角度。

图2示出了本发明实施例中步进电机闭环控制方法的过程示意图。

可以理解的是，本实施例提供的技术方案，根据预设位置值和反馈位置值确定位置控制量；根据预设速度值和反馈速度值确定速度控制量；根据位置控制量和速度控制量确定目标超前角度；根据目标超前角度和反馈位置确定步进电机运行的目标角度；根据目标角度进行电流分配，得到得到超前角度LeadAngle与反馈位置一起参与电机旋转角度Angle。增加Angle_delay补偿转速延迟导致的位置偏差。控制量直接作用于步进电机的旋转角度Angle，不像伺服控制作用于电机电流。该方案对步进电机进行角度的闭环控制后，能不降低步进电机的刚性，同时也能保证电机快速，在不降低步进电机刚性的前提下，完成步进电机的闭环控制。位置环和速度环不再是串联，而是单独并联进行控制。

实施例2

如图3所示，为了配合上述步进电机闭环控制方法的实现，本发明实施例还提供一种步进电机闭环控制装置，包括：

位置控制量获取模块31，用于根据预设位置值和反馈位置值确定位置控制量；

速度控制量获取模块32，用于根据预设速度值和反馈速度值确定速度控制量；

目标超前角度确定模块33，用于根据位置控制量和速度控制量确定目标超前角度；

目标角度确定模块34，用于根据目标超前角度和反馈位置确定步进电机运行的目标角度；

电流分配模块35，用于根据目标角度进行电流分配。

在一些可选实施例中，电流分配模块设置A相电流为I*sin(Angle)，B相电流为I*cos(Angle)，其中，I为设定的电机电流峰值，Angle为目标角度。

在一些可选实施例中，位置控制量获取模块31包括：

位置偏差计算子模块311，用于用预设位置值和反馈位置值做差，得到位置偏差值。

位置控制量获取子模块312，用于用位置偏差值做PI控制，获取位置控制量。

在一些可选实施例中，速度控制量获取模块32包括：

速度偏差计算子模块321，用于用预设速度值和反馈速度值做差，得到速度偏差值。

速度控制量获取子模块322，用于用速度偏差值做PI控制，获取速度控制量。

在一些可选实施例中，目标超前角度确定模块33包括：

第一计算子模块331，用于将位置控制量和速度控制量两者相加，并对相加后的值进行第一限幅；

第二计算子模块332，用于将第一限幅后的值与速度延迟所引起的角度偏差相加，并对相加后的值进行第二限幅；

目标超前角度确定子模块333，用于将第二限幅后的值进行低通滤波器，得到目标超前角度。

在一些可选实施例中，目标角度确定模块34用目标超前角度与反馈位置相加后得到步进电机运行时需要的目标角度。

可以理解的是，本实施例提供的技术方案，根据预设位置值和反馈位置值确定位置控制量；根据预设速度值和反馈速度值确定速度控制量；根据位置控制量和速度控制量确定目标超前角度；根据目标超前角度和反馈位置确定步进电机运行的目标角度；根据目标角度进行电流分配，得到得到超前角度LeadAngle与反馈位置一起参与电机旋转角度Angle。增加Angle_delay补偿转速延迟导致的位置偏差。控制量直接作用于步进电机的旋转角度Angle，不像伺服控制作用于电机电流。该方案对步进电机进行角度的闭环控制后，能不降低步进电机的刚性，同时也能保证电机快速，在不降低步进电机刚性的前提下，完成步进电机的闭环控制。位置环和速度环不再是串联，而是单独并联进行控制。

实施例3

基于同一技术构思，本申请实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器1和处理器2，如图4所示，所述存储器1存储有计算机程序，所述处理器2执行所述计算机程序时实现上述任一项所述的步进电机闭环控制方法。

其中，存储器1至少包括一种类型的可读存储介质，所述可读存储介质包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器（例如，SD或DX存储器等）、磁性存储器、磁盘、光盘等。存储器1在一些实施例中可以是步进电机闭环控制系统的内部存储单元，例如硬盘。存储器1在另一些实施例中也可以是步进电机闭环控制系统的外部存储设备，例如插接式硬盘，智能存储卡（Smart Media Card, SMC），安全数字（Secure Digital, SD）卡，闪存卡（Flash Card）等。进一步地，存储器1还可以既包括步进电机闭环控制系统的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器1不仅可以用于存储安装于步进电机闭环控制系统的应用软件及各类数据，例如步进电机闭环控制程序的代码等，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

处理器2在一些实施例中可以是一中央处理器（Central Processing Unit,CPU）、控制器、微控制器、微处理器或其他数据处理芯片，用于运行存储器1中存储的程序代码或处理数据，例如执行步进电机闭环控制程序等。

可以理解的是，本实施例提供的技术方案，根据预设位置值和反馈位置值确定位置控制量；根据预设速度值和反馈速度值确定速度控制量；根据位置控制量和速度控制量确定目标超前角度；根据目标超前角度和反馈位置确定步进电机运行的目标角度；根据目标角度进行电流分配，得到得到超前角度LeadAngle与反馈位置一起参与电机旋转角度Angle。增加Angle_delay补偿转速延迟导致的位置偏差。控制量直接作用于步进电机的旋转角度Angle，不像伺服控制作用于电机电流。该方案对步进电机进行角度的闭环控制后，能不降低步进电机的刚性，同时也能保证电机快速，在不降低步进电机刚性的前提下，完成步进电机的闭环控制。位置环和速度环不再是串联，而是单独并联进行控制。

本发明公开实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上述方法实施例中所述的步进电机闭环控制方法的步骤。其中，该存储介质可以是易失性或非易失的计算机可读取存储介质。

本发明公开实施例所提供的步进电机闭环控制方法的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行上述方法实施例中所述的步进电机闭环控制方法的步骤，具体可参见上述方法实施例，在此不再赘述。

本发明公开实施例还提供一种计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现前述实施例的任意一种方法。该计算机程序产品可以具体通过硬件、软件或其结合的方式实现。在一个可选实施例中，所述计算机程序产品具体体现为计算机存储介质，在另一个可选实施例中，计算机程序产品具体体现为软件产品，例如软件开发包（Software DevelopmentKit，SDK）等等。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。