[發明專利]一種步進電機控制系統及方法

有效

• 申請號: 201210099105.8
• 申請日: 2012-04-06
• 公開（公告）號: CN102647136A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 李鵬;王龍;王瑞龍;歐文學;高超京;柴國鴻
• 申請（專利權）人: 李鵬
• 主分類號: H02P8/14
• 分類號: H02P8/14
• 代理公司: 深圳市維邦知識產權事務所 44269
• 代理人: 黃莉

技術領域

本發明涉及步進電機，尤其涉及一種步進電機控制方法及系統。

背景技術

步進電機包括兩相步進電機、三相步進電機及五相步進電機，通常采用數字信號控制從而完成準確的位置控制，已廣泛應用于機械手臂、舞臺燈光、數控機床、激光切割機、LED灌封設備等行業。傳統的步進電機數字信號控制方式中，步進電機各相電流信號是經過模數轉換后的數字信號，控制步機電機的信號是數字信號，對輸入輸出信號的計算和處理是利用數字PID（比例、積分、微分）控制算法實現的。現有的數字PID調節算法如下公式（1）及公式（2）所述：

??E(k)?=?D(k)?-?F(k)????????????????????????(?1)

U(?k)?=?Kp*[E(k)?-E(k-1)]?+Ki*E(k)+Kd[E(k)-?2E(k-1)+?E(?k-2)]???(?2)

其中，D(?k?)為第k次采樣周期中步進電機的電流的目標值；F(?k?)為第k次采樣周期中步進電機的電流的采樣值；E(k)為第k?次采樣周期步進電機電流的目標值與采樣值間的偏差值；Kp、Ki、Kd分別為數字PID控制算法中比例、積分、微分參數；U(k)為第k次采樣周期數字PID控制算法輸出的控制值。

然而，現有技術中，Kp、Ki、Kd等3個數字PID控制算法參數通常為預先設定且不能實時調整，而設計者的經驗很難通過Kp、Ki、Kd等3個數字PID控制算法參數進行全面、精確地描述，步進電機控制過程很難通過傳統的數字PID控制算法實現精確控制。而且，由于步進電機特性、負載等非線性因素的影響，控制過程中各種信號量以及評價指標無法通過Kp、Ki、Kd等3個數字PID控制算法參數定量控制，導致步進電機在實際應用中難以保持設計時的理想性能，出現低速振動和高速出力小等問題，無法滿足全速度工作的需求。

發明內容

有鑒于此，提供一種步進電機控制系統及方法，無需變更硬件配置，即可克服步進電機特性、負載等非線性因素的影響，解決傳統數字PID控制算法導致的低速振動和高速出力小等問題，滿足全速度工作的需求。?

一種步進電機控制系統，包括：采樣單元，用于周期性地獲取所述步進電機的電流的采樣值；計算單元，用于計算當前周期的誤差值及誤差變化值；查詢單元，用于根據所述誤差值及誤差變化值查詢參數規則表，并調整當前周期的比例參數及積分參數；輸出單元，用于根據調整后的比例參數及積分參數計算并輸出所述步進電機的控制值。

以及，一種步進電機控制方法，包括以下步驟：周期性地獲取所述步進電機的電流的采樣值；計算當前周期的誤差值及誤差變化值；根據所述誤差值及誤差變化值查詢參數規則表，并調整當前周期的比例參數及積分參數；根據調整后的比例參數及積分參數計算并輸出所述步進電機的控制值。

本發明提供的步進電機控制系統及方法根據當前周期的誤差值和誤差變化值，相應調整當前周期的比例參數及積分參數，從而實現比例參數及積分參數的實時調整，可保持設計時的理想性能，解決了低速振動和高速出力小等問題，從而滿足全速度工作的需求。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的步進電機控制系統100的一種實施方式的示意圖；

圖2為本發明實施例提供的步進電機控制方法200的一種實施方式的流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖和本發明的實施方式作進一步詳細說明。

圖1為本發明實施例提供的步進電機控制系統100的一種實施方式的示意圖。如圖1所示，本發明實施例提供的步進電機控制系統100包括采樣單元110、計算單元120、查詢單元130及輸出單元140。

其中，采樣單元110用于周期性地獲取步進電機的電流的采樣值。在本實施方式中，步進電機的各相電流經模擬信號采樣后，再經模數轉換為數字信號的采樣值。采樣單元110周期性的采樣步機電機的電流值，并相應輸出數字信號的采樣值。如：采樣單元110在第k周期采樣步機電機的電流值，并相應輸出采樣值F(k)。在本發明各實施方式的說明中，使用k表示當前采樣周期，F(k)表示第k周期采樣單元110輸出的采樣值。