一種步進(jìn)電機(jī)降功耗控制方法及其控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種步進(jìn)電機(jī)在變速度運(yùn)行時(shí)電流的控制方法?，F(xiàn)今的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，在電機(jī)運(yùn)行時(shí)，設(shè)定的電流閾值都是定值，沒有根據(jù)電機(jī)運(yùn)行速度做相應(yīng)的改變。本發(fā)明的MCU的電流控制信號(hào)接口與步進(jìn)電機(jī)電流控制模塊的信號(hào)輸入端口連接，MCU的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)接口與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的信號(hào)輸入端口連接，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端口與步進(jìn)電機(jī)電流控制模塊的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端口連接，步進(jìn)電機(jī)電流控制模塊的信號(hào)輸出端口與步進(jìn)電機(jī)的信號(hào)輸入端口連接。本發(fā)明解決步進(jìn)電機(jī)在變速度運(yùn)行時(shí)，在低速區(qū)驅(qū)動(dòng)電路芯片或步進(jìn)電機(jī)容易發(fā)熱，在高速區(qū)步進(jìn)電機(jī)容易卡頓失步等現(xiàn)象的問題，同時(shí)能夠降低步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的功耗。
【專利說明】一種步進(jìn)電機(jī)降功耗控制方法及其控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電機(jī)控制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種步進(jìn)電機(jī)的降功耗控制方法以及控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電機(jī)為工業(yè)發(fā)展不可缺少的一大要素，并扮演著重要的角色。步進(jìn)電機(jī)是一種能將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或線性位移的執(zhí)行器件，其角位移或線性位移與控制脈沖數(shù)成正t匕，通過改變脈沖頻率就可以調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
[0003]為了滿足某些場合對步進(jìn)電機(jī)精密定位、精密加工等方面的要求，使步進(jìn)電機(jī)提高精度，減小步距角，提高步距均勻度，則需要通過細(xì)分來實(shí)現(xiàn)。步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制，從本質(zhì)上講是通過步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁繞組中電流的控制，使步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部的合成磁場為均勻的圓形旋轉(zhuǎn)磁場。合成磁場矢量的幅值決定了步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)力矩的大小，相鄰兩個(gè)合成磁場矢量之間的夾角大小決定了步距角的大小。
[0004]而現(xiàn)今的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，在電機(jī)運(yùn)行時(shí)，設(shè)定的電流閾值都是定值，沒有根據(jù)電機(jī)運(yùn)行速度做相應(yīng)的改變。若步進(jìn)電機(jī)是在變速度運(yùn)行，當(dāng)運(yùn)行在低速時(shí)，由于脈沖頻率較低，則電機(jī)某一相導(dǎo)通的時(shí)間較長，會(huì)流經(jīng)較大電流，這會(huì)比較容易造成電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路芯片過熱甚至燒毀；而當(dāng)電機(jī)運(yùn)行在高速時(shí)，若電流設(shè)定不足，則步進(jìn)電機(jī)所提供的力矩又不足以推動(dòng)設(shè)備，造成失步卡頓等現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種步進(jìn)電機(jī)降功耗控制方法及其控制系統(tǒng)。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一種步進(jìn)電機(jī)的降功耗控制方法具體包括以下步驟:
步驟一:根據(jù)步進(jìn)電機(jī)所使用的場合確定步進(jìn)電機(jī)的最低運(yùn)行速度和最高運(yùn)行速度；步驟二:根據(jù)步進(jìn)電機(jī)在最低運(yùn)行速度時(shí)所需的力矩確定此時(shí)的最小運(yùn)行電流；根據(jù)步進(jìn)電機(jī)在最聞速度運(yùn)行時(shí)所需的力矩確定此時(shí)的最大運(yùn)行電流；
步驟三:根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的矩頻曲線、最小運(yùn)行電流和最大運(yùn)行電流，確定步進(jìn)電機(jī)速度與電流的關(guān)系式:步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行所需的理想電流=KlX步進(jìn)電機(jī)當(dāng)前速度，其中Kl是根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的矩頻曲線對應(yīng)此時(shí)運(yùn)行頻率所得的一個(gè)變化量；
步驟四:根據(jù)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行所需的理想電流，可得步進(jìn)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行所需電流，步進(jìn)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行所需電流=步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行所需的理想電流+Al，其中Al為一個(gè)電流安全閾值，確保步進(jìn)電機(jī)能穩(wěn)定運(yùn)行；
步驟五:判斷步進(jìn)電機(jī)是否完成指定的動(dòng)作，若已完成，則流程結(jié)束；若沒有完成，則執(zhí)行下一步驟；
步驟六:若系統(tǒng)滿足根據(jù)步驟1-4實(shí)時(shí)計(jì)算步進(jìn)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行所需電流并且設(shè)定步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流的要求，則使用此方法；如果不可以，則根據(jù)步驟1-4將電流曲線離散成若干個(gè)點(diǎn)，在步進(jìn)電機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作前，當(dāng)速度滿足該點(diǎn)條件時(shí)，設(shè)定該電流，以降低系統(tǒng)運(yùn)算處理負(fù)擔(dān)；
步驟七:向步進(jìn)電機(jī)發(fā)送驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)送驅(qū)動(dòng)脈沖；
步驟八:判斷此時(shí)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行速度是否低于鎖相速度時(shí)，鎖相速度為根據(jù)矩頻曲線鎖相時(shí)的力矩所對應(yīng)的速度，若低于鎖相速度，則執(zhí)行下一步驟；若高于或等于鎖相速度，則返回到步驟五；
步驟九:當(dāng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊接收到脈沖信號(hào)且使步進(jìn)電機(jī)走過一個(gè)步距角后，設(shè)定驅(qū)動(dòng)電流為鎖相電流，之后再返回到步驟五。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述控制方法，本發(fā)明提供了一種步進(jìn)電機(jī)降功耗的控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:MCU、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)|吳塊、步進(jìn)電機(jī)電流控制|吳塊和步進(jìn)電機(jī)；
MCU的電流控制信號(hào)接口與步進(jìn)電機(jī)電流控制模塊的信號(hào)輸入端口連接，MCU的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)接口與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的信號(hào)輸入端口連接，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端口與步進(jìn)電機(jī)電流控制模塊的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端口連接，步進(jìn)電機(jī)電流控制模塊的信號(hào)輸出端口與步進(jìn)電機(jī)的信號(hào)輸入端口連接。
[0008]有益效果:本發(fā)明根據(jù)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行速度動(dòng)態(tài)改變步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流，旨在解決步進(jìn)電機(jī)在變速度運(yùn)行時(shí)，在低速區(qū)驅(qū)動(dòng)電路芯片或步進(jìn)電機(jī)容易發(fā)熱，在高速區(qū)步進(jìn)電機(jī)容易卡頓失步等現(xiàn)象的問題，同時(shí)能夠降低步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的功耗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明提供的一種步進(jìn)電機(jī)在變速度運(yùn)行時(shí)電流的控制方法；
圖2是本發(fā)明提供的一種步進(jìn)電機(jī)降功耗的控制系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0010]為了使本發(fā)明的目的、控制方法、技術(shù)方案更加清楚明白，以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。并且強(qiáng)調(diào)說明，此處所描述的實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0011]在本發(fā)明提供的一種步進(jìn)電機(jī)在變速度運(yùn)行時(shí)電流的控制方法中，根據(jù)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的最高運(yùn)行速度和最低運(yùn)行速度，確定最大運(yùn)行電流和最小運(yùn)行電流，再計(jì)算電流曲線，最大程度的降低步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)所需的必要電流，以此達(dá)到降低功耗的目的，同時(shí)使步進(jìn)電機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)避免失步。
[0012]如圖1所示，本發(fā)明提供的一種步進(jìn)電機(jī)在變速度運(yùn)行時(shí)電流控制的實(shí)現(xiàn)流程，詳述如下:
在步驟SI中，對系統(tǒng)設(shè)置步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的要求的最低運(yùn)行速度和最高運(yùn)行速度，這里提到的最低運(yùn)行速度和最高運(yùn)行速度是步進(jìn)電機(jī)使用場合所需要的速度要求。
[0013]在步驟S2中，對系統(tǒng)設(shè)置最小運(yùn)行電流參數(shù)和最大運(yùn)行電流參數(shù)，通過最小運(yùn)行電流參數(shù)和最大運(yùn)行電流參數(shù)，再結(jié)合步進(jìn)電機(jī)的矩頻曲線，計(jì)算出速度和電流的關(guān)系曲線，再結(jié)合一定的安全電流閾值，得到實(shí)際運(yùn)用的速度和電流的對應(yīng)關(guān)系。在這里，可以根據(jù)系統(tǒng)性能，實(shí)時(shí)根據(jù)速度計(jì)算對應(yīng)電流數(shù)值，或者計(jì)算若干個(gè)點(diǎn)，若速度滿足該點(diǎn)對應(yīng)的速度，則獲得該區(qū)域?qū)?yīng)的電流數(shù)值。
[0014]在步驟S3中，設(shè)置步進(jìn)電機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，該動(dòng)作可以是在最低運(yùn)行速度和最高運(yùn)行速度之間的速度恒速運(yùn)行，或者以某一較低的速度變加速運(yùn)行至指定高速，或者從某一指定高速變減速至某一指定低速或者至0速度。
[0015]在步驟S4中，判斷步進(jìn)電機(jī)是否完成指定動(dòng)作，若是，則流程結(jié)束；若否，則跳轉(zhuǎn)到電流設(shè)置步驟S5。
[0016]在步驟S5中，根據(jù)當(dāng)前速度MCU對步進(jìn)電機(jī)電流控制模塊設(shè)置該速度對應(yīng)的電流。
[0017]在步驟S6中，MCU向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)出若干驅(qū)動(dòng)脈沖，使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0018]在步驟S7中，判斷該時(shí)刻速度是否低于鎖相速度，若是，則跳轉(zhuǎn)到電流設(shè)置步驟S8 ;若否，則跳轉(zhuǎn)到判斷步驟S4。
[0019]在步驟S8中，MCU對步進(jìn)電機(jī)電流控制模塊設(shè)置鎖相電流，并等待發(fā)送下一個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖，再進(jìn)入步驟S4進(jìn)行判斷。
[0020]如圖2所示，本發(fā)明提供的一種步進(jìn)電機(jī)降功耗的控制系統(tǒng)，微控制器(Microcontroller,MCU)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊連接，向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)送控制命令。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊與步進(jìn)電機(jī)電流控制模塊連接，向步進(jìn)電機(jī)電流控制模塊發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)，在這里要說明的是，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和步進(jìn)電機(jī)電流控制模塊可以集成在一塊步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)集成電路(Intergrated Circuit, IC)芯片中。步進(jìn)電機(jī)電流控制模塊向步進(jìn)電機(jī)發(fā)送對電流處理完后的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。
[0021 ] 以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種步進(jìn)電機(jī)降功耗控制方法，其特征在于，該方法具體包括以下步驟: 步驟一:根據(jù)步進(jìn)電機(jī)所使用的場合確定步進(jìn)電機(jī)的最低運(yùn)行速度和最高運(yùn)行速度； 步驟二:根據(jù)步進(jìn)電機(jī)在最低運(yùn)行速度時(shí)所需的力矩確定此時(shí)的最小運(yùn)行電流；根據(jù)步進(jìn)電機(jī)在最聞速度運(yùn)行時(shí)所需的力矩確定此時(shí)的最大運(yùn)行電流； 步驟三:根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的矩頻曲線、最小運(yùn)行電流和最大運(yùn)行電流，確定步進(jìn)電機(jī)速度與電流的關(guān)系式:步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行所需的理想電流=KlX步進(jìn)電機(jī)當(dāng)前速度，其中Kl是根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的矩頻曲線對應(yīng)此時(shí)運(yùn)行頻率所得的一個(gè)變化量； 步驟四:根據(jù)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行所需的理想電流，可得步進(jìn)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行所需電流，步進(jìn)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行所需電流=步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行所需的理想電流+Al，其中Al為一個(gè)電流安全閾值，確保步進(jìn)電機(jī)能穩(wěn)定運(yùn)行； 步驟五:判斷步進(jìn)電機(jī)是否完成指定的動(dòng)作，若已完成，則流程結(jié)束；若沒有完成，則執(zhí)行下一步驟； 步驟六:若系統(tǒng)滿足根據(jù)步驟1-4實(shí)時(shí)計(jì)算步進(jìn)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行所需電流并且設(shè)定步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流的要求，則使用此方法；如果不可以，則根據(jù)步驟1-4將電流曲線離散成若干個(gè)點(diǎn)，在步進(jìn)電機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作前，當(dāng)速度滿足該點(diǎn)條件時(shí)，設(shè)定該電流，以降低系統(tǒng)運(yùn)算處理負(fù)擔(dān)； 步驟七:向步進(jìn)電機(jī)發(fā)送驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)送驅(qū)動(dòng)脈沖； 步驟八:判斷此時(shí)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行速度是否低于鎖相速度時(shí)，鎖相速度為根據(jù)矩頻曲線鎖相時(shí)的力矩所對應(yīng)的速度，若低于鎖相速度，則執(zhí)行下一步驟；若高于或等于鎖相速度，則返回到步驟五； 步驟九:當(dāng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊接收到脈沖信號(hào)且使步進(jìn)電機(jī)走過一個(gè)步距角后，設(shè)定驅(qū)動(dòng)電流為鎖相電流，之后再返回到步驟五。
2.一種步進(jìn)電機(jī)降功耗的控制系統(tǒng)，包括MCU、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、步進(jìn)電機(jī)電流控制模塊和步進(jìn)電機(jī)； 其特征在于:MCU的電流控制信號(hào)接口與步進(jìn)電機(jī)電流控制模塊的信號(hào)輸入端口連接，MCU的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)接口與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的信號(hào)輸入端口連接，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端口與步進(jìn)電機(jī)電流控制模塊的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端口連接，步進(jìn)電機(jī)電流控制模塊的信號(hào)輸出端口與步進(jìn)電機(jī)的信號(hào)輸入端口連接。
【文檔編號(hào)】H02P8/12GK103684150SQ201310718001
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月23日
【發(fā)明者】高明煜, 朱琦, 曾毓, 黃繼業(yè), 馬國進(jìn), 何志偉, 李蕓, 吳占雄, 楊宇翔 申請人:杭州電子科技大學(xué)