CN114337407B - 步进电机的控制方法、控制电路和步进电机 - Google Patents

Abstract

本申请涉及步进电机的控制方法、控制电路和步进电机，该控制方法包括：判断步进电机的线圈电流在每个启动周期内达到预设电流值所对应的充电时间是否大于预设消隐时长；若是，则控制步进电机进入第一预设衰减模式；若否，则当对应启动周期内的预设消隐时长结束后，控制步进电机进入第二预设衰减模式，第一预设衰减模式对应的衰减速度小于第二预设衰减模式对应的衰减速度。上述控制方法能够解决步进电机在正向导通结束后进入衰减模式时，由于固定衰减时间内电流下降值小于消隐时间的充电值，电机绕组线圈电流不受控而导致的运转异常问题，同时也解决了步进电机进入反向导通时，频繁的电流快速衰减所造成严重的噪音和电磁干扰问题。

Description

步进电机的控制方法、控制电路和步进电机

技术领域

本申请涉及电机控制领域，具体涉及一种步进电机的控制方法、控制电路和步进电机。

背景技术

其中，步进电机驱动芯片的工作状态包括三种，例如正向导通(充电)、反向导通(快衰)和续流(慢衰，Slow decay)，目前的芯片的工作过程主要是：正向导通直到绕组中的电流到达设定电流值、反向导通一段固定的时间以及续流一段固定的时间三个过程无限循环下去。

其中，上述步进电机驱动芯片在正向导通结束后进入衰减模式时，例如在续流的过程中，由于固定衰减时间内电流下降值小于消隐时间的充电值，在后续周期性的运行过程中，会导致电机绕组线圈的电流不受控，运转异常。

发明内容

鉴于此，本申请提供一种步进电机的控制方法、控制电路和步进电机，能够解决步进电机在正向导通结束后进入衰减模式时，由于固定衰减时间内电流下降值小于消隐时间的充电值，电机绕组线圈电流不受控而导致的运转异常问题。

一种步进电机的控制方法，包括：

判断所述步进电机的线圈电流在每个启动周期内达到预设电流值所对应的充电时间是否大于预设消隐时长；

若是，则控制所述步进电机进入第一预设衰减模式；

若否，则当对应启动周期内的预设消隐时长结束后，控制所述步进电机进入第二预设衰减模式，所述第一预设衰减模式对应的衰减速度小于所述第二预设衰减模式对应的衰减速度。

在一个实施例中，所述第一预设衰减模式的衰减时长周期长度不超过所述第二预设衰减模式的时间周期长度。

在一个实施例中，所述第一预设衰减模式和所述第二预设衰减模式各自的衰减时间周期长度相同。

在一个实施例中，所述控制所述步进电机进入第一预设衰减模式的步骤包括：

计算所述充电时间与预设消隐时长的比值；

当所述比值大于第一预设比例阈值时，对所述第一预设衰减模式的衰减时长进行调节，以使所述步进电机在进入调节后的第一预设衰减模式后对应的电流衰减时长降低。

在一个实施例中，所述控制所述步进电机进入第二预设衰减模式的步骤包括：

计算所述充电时间与预设消隐时长的比值；

当所述比值小于第二预设比例阈值时，对所述第二预设衰减模式的衰减速度进行调节，以使所述步进电机在进入调节后的第二预设衰减模式后对应的电流衰减速度增加。

此外，还提供一种步进电机的控制电路，包括：

时间判断单元，用于判断所述步进电机的线圈电流在每个启动周期内达到预设电流值所对应的充电时间是否大于预设消隐时长；

第一调节单元，用于当所述充电时间大于预设消隐时长时，控制所述步进电机进入第一预设衰减模式；

第二调节单元，用于当所述充电时间小于或等于预设消隐时长时，控制所述步进电机进入第二预设衰减模式，所述第一预设衰减模式对应的衰减速度小于所述第二预设衰减模式对应的衰减速度。

在一个实施例中，所述时间判断单元包括电性连接的第一触发器、第二触发器和第三触发器；

所述第一触发器的输入端用于输入高电平信号，所述第一触发器的时钟控制端用于输入采样使能触发信号，所述第一触发器的输出端用于与所述第二触发器的输入端电性连接；

所述第二触发器的输出端用于连接所述第三触发器的时钟控制端；

所述第三触发器的输入端用于输入所述充电使能电平信号。

在一个实施例中，所述第一触发器、第二触发器和第三触发器均采用D触发器。

此外，还提供一种步进电机，所述步进电机执行上述控制方法。

此外，还提供一种步进电机，所述步进电机包括上述控制电路。

上述步进电机的控制方法，包括判断所述步进电机的线圈电流在每个启动周期内达到预设电流值所对应的充电时间是否大于预设消隐时长，若是，则控制步进电机进入第一预设衰减模式，若否，则当对应启动周期内的预设消隐时长结束后，控制步进电机进入第二预设衰减模式，第一预设衰减模式对应的衰减速度小于第二预设衰减模式对应的衰减速度，在每个启动周期内，通过将步进电机的线圈电流在每个启动周期内达到预设电流值所对应的充电时间与预设消隐时长进行比较，一方面，在充电时间大于预设消隐时长时，此时表明步进电机的线圈绕组初始电流较小，充电启动时间较长，因而在充电启动完成后，可控制步进电机进入第一预设衰减模式，以降低步进电机的线圈电流的衰减幅度，避免电机上频繁的电流快速衰减所造成严重的噪音和电磁干扰问题；另一方面，在充电时间小于或等于预设消隐时长时，此时表明步进电机的线圈绕组初始电流较大，充电启动时间较短，因而在充电启动完成后，可控制步进电机进入第二预设衰减模式，第一预设衰减模式对应的衰减速度小于所述第二预设衰减模式对应的衰减速度，这样一来，由于第二预设衰减模式对应的衰减速度相对较快，就解决了步进电机采用常规的续流衰减过程中，由于固定衰减时间内电流下降值小于消隐时间的充电值，使得电机绕组线圈电流不受控而导致的发生运转异常问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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是本申请实施例提供的一种步进电机的控制方法的示意图；

图2是本申请实施例提供的一种控制步进电机进入第一预设衰减模式的方法流程示意图；

图3是本申请实施例提供的一种控制步进电机进入第二预设衰减模式的方法流程示意图；

图4是本申请实施例提供的一种步进电机的控制电路的结构框图；

图5是本申请实施例提供的一种步进电机的控制电路中时间判断单元的电路结构原理图；

图6是本申请实施例提供的一种步进电机启动与衰减过程的电流衰减示意图；

图7是本申请实施例提供的一种时间判断单元中各个信号的工作时序图。

具体实施方式

下面结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而非全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可以相互组合。

如图1所示，提供一种步进电机的控制方法，包括：

步骤S110，判断所述步进电机的线圈电流在每个启动周期内达到预设电流值所对应的充电时间是否大于预设消隐时长，若是，则进入步骤S120处理，若否，则进入步骤S130处理。

其中，在步进电机的实际启动过程中，通常设置了一个消隐时长，称之为预设消隐时长，在该预设消隐时长内，步进电机中的各个采样电路被禁止采样。

其中，在每个启动周期内，步进电机在启动时，步进电机的线圈电流达到预设电流值所对应的充电时间各不相同，因而，在某些启动周期内，预设消隐时长结束之前，步进电机的线圈电流早已达到预设电流值，此时达到预设电流值所对应的充电时间小于预设消隐时长。

其中，在另一些启动周期内，预设消隐时长结束时，步进电机的线圈电流仍未达到预设电流值，此时达到预设电流值所对应的充电时间大于预设消隐时长。

其中，在另一些启动周期内，预设消隐时长结束时，步进电机的线圈电流仍恰好达到预设电流值，此时达到预设电流值所对应的充电时间等于预设消隐时长。

本申请中，充电时间定义为步进电机的线圈电流在每个启动周期内达到预设电流值所对应的时间。

S120，控制步进电机进入第一预设衰减模式。

其中，当充电时间大于预设消隐时长时，表明此时步进电机的线圈绕组初始电流较小，步进电机的整个充电启动时间较长，因而在充电启动完成后，可控制步进电机进入第一预设衰减模式，由于第一预设衰减模式的衰减速度较小，因而可降低步进电机的线圈电流的衰减幅度，避免电机上频繁的电流快速衰减所造成严重的噪音和电磁干扰问题。

在一个实施例中，上述第一预设衰减模式为慢衰减模式，即步进电机的续流衰减过程。

S130，当对应启动周期内的预设消隐时长结束后，控制步进电机进入第二预设衰减模式，第一预设衰减模式对应的衰减速度小于第二预设衰减模式对应的衰减速度。

其中，在充电时间小于或等于预设消隐时长时，此时表明步进电机的线圈绕组初始电流较大，充电启动时间较短，因而在充电启动完成后，可控制步进电机进入第二预设衰减模式，由于第一预设衰减模式对应的衰减速度小于所述第二预设衰减模式对应的衰减速度，这样一来，由于第二预设衰减模式对应的衰减速度相对较快，就解决了步进电机采用常规的续流衰减过程中，由于固定衰减时间内电流下降值小于消隐时间的充电值，使得电机绕组线圈电流不受控而导致的发生运转异常问题。

在一个实施例中，上述第二预设衰减模式为混合衰减模式，即步进电机在衰减过程中先执行一定阶段的反向导通过程，然后在执行另一阶段的续流过程。

上述步进电机的控制方法，在每个启动周期内，通过将步进电机的线圈电流在每个启动周期内达到预设电流值所对应的充电时间与预设消隐时长进行比较，一方面，在充电时间大于预设消隐时长时，此时表明步进电机的线圈绕组初始电流较小，充电启动时间较长，因而在充电启动完成后，可控制步进电机进入第一预设衰减模式，由于第一预设衰减模式的衰减速度较小，因而可降低步进电机的线圈电流的衰减幅度，避免电机上频繁的电流快速衰减所造成严重的噪音和电磁干扰问题；另一方面，在充电时间小于或等于预设消隐时长时，此时表明步进电机的线圈绕组初始电流较大，充电启动时间较短，因而在充电启动完成后，可控制步进电机进入第二预设衰减模式，第一预设衰减模式对应的衰减速度小于所述第二预设衰减模式对应的衰减速度，这样一来，由于第二预设衰减模式对应的衰减速度相对较快，就解决了步进电机采用常规的续流衰减过程中，由于固定衰减时间内电流下降值小于消隐时间的充电值，使得电机绕组线圈电流不受控而导致的发生运转异常问题。

在一个实施例中，第一预设衰减模式的衰减时长周期长度不超过第二预设衰减模式的时间周期长度。

其中，在充电时间小于或等于预设消隐时长时，可控制步进电机进入第二预设衰减模式，此时为了使得第二预设衰减模式中对应的衰减速度相对较快，可将第二预设衰减模式的时间周期长度设置为大于或者等于第一预设衰减模式的时间周期长度。

在一个实施例中，第一预设衰减模式和第二预设衰减模式各自的衰减时间周期长度相同。

其中，另一方面，为了使得设置的电路参数整体协调，便于控制第一预设衰减模式和第二预设衰减模式各自的衰减速度，可将第一预设衰减模式和第二预设衰减模式各自的衰减时间周期长度相同。

在一个实施例中，如图2所示，步骤S120包括：

步骤S122，计算充电时间与预设消隐时长的比值。

其中，上述充电时间与预设消隐时长之间的比值，反映了步进电机的启动时电流的充电快慢。

步骤S124，当比值大于第一预设比例阈值时，对第一预设衰减模式的衰减时长进行调节，以使步进电机在进入调节后的第一预设衰减模式后对应的电流衰减时长降低。

其中，在上述充电时间大于预设消隐时长时，通过计算上述充电时间与预设消隐时长的比值，并与第一预设比例阈值进行比较，从而可根据该充电时间与预设消隐时长的比值大小对第一预设衰减模式的衰减时长进行调节，以降低第一预设衰减模式的衰减速度。

本实施例中，如图2所示，上述步骤S120还包括以下步骤：

步骤S126，当比值小于或等于第一预设比例阈值时，保持第一预设衰减模式的衰减时长不变。

当比值小于或等于第一预设比例阈值时，步进电机直接进入第一预设衰减模式即可，第一预设衰减模式的衰减放电时长不变。

在一个实施例中，第一预设比例阈值为3。

在一个实施例中，如图3所示，步骤S130包括：

步骤S132，计算充电时间与预设消隐时长的比值。

步骤S134，当比值小于第二预设比例阈值时，对第二预设衰减模式的衰减速度进行调节，以使步进电机在进入调节后的第二预设衰减模式后对应的电流衰减速度增加。

其中，在上述充电时间小于预设消隐时长时，通过计算上述充电时间与预设消隐时长的比值，并与第二预设比例阈值进行比较，从而可根据该充电时间与预设消隐时长的比值大小对第二预设衰减模式的衰减速度进行调节，以适当增加第二预设衰减模式的衰减速度。

其中，可通过增加第二预设衰减模式中的衰减时长以增加第二预设衰减模式的衰减速度。

在一个实施例中，如图3所示，还包括：

步骤S136，当比值大于或等于第二预设比例阈值时，保持第二预设衰减模式的衰减速度不变。

在一个实施例中，第二预设比例阈值为0.3。

此外，如图4所示，还提供一种步进电机的控制电路200，包括：

时间判断单元210，用于判断步进电机的线圈电流在每个启动周期内达到预设电流值所对应的充电时间是否大于预设消隐时长；

第一调节单元220，用于当充电时间大于预设消隐时长时，控制步进电机进入第一预设衰减模式；

第二调节单元230，用于当充电时间小于或等于预设消隐时长时，控制步进电机进入第二预设衰减模式，第一预设衰减模式对应的衰减速度小于第二预设衰减模式对应的衰减速度。

在一个实施例中，如图5所示，时间判断单元210包括电性连接的第一触发器D1、第二触发器D2和第三触发器D3；

第一触发器D1的输入端用于输入高电平信号，第一触发器D1的时钟控制端用于输入采样使能触发信号DI-Nd，第一触发器D1的输出端用于与第二触发器D2的输入端电性连接；

第二触发器D2的输出端用于连接第三触发器D3的时钟控制端；第三触发器D3的输入端用于输入充电使能电平信号DI-N。

在一个实施例中，第一触发器D1、第二触发器D2和第三触发器D3均采用D触发器。

其中，采样使能触发信号也可称之为“采样使能触发信号”，即步进电机启动过程中，在一启动周期内，预设消隐时长结束后，步进电机各个采样电路开始工作。

结合图6和图7，图6给出了连续2个完整周期的步进电机启动与衰减过程的电流衰减示意图(分别以数字A和B表示，各个周期的预设消隐时长相同)，预设消隐时间以T-blank表示，预设电流值以I-re表示，T-on1为步进电机在一完整周期A内的充电启动时间，T-off1为步进电机在一完整周期A内的衰减时间，T-on2为步进电机在一完整周期B内的充电启动时间，T-off2为步进电机在一完整周期B内的衰减时间。

图7为图6中步进电机在连续2个完整周期内的工作时序图。下边结合图6和图7对时间判断单元210的工作过程进行阐述。

其中，图6中，DI为步进电机的衰减使能电平信号，DI-N为步进电机的充电使能电平信号，DI-Nd为步进电机的采样使能触发信号，当采样使能触发信号为有效电平时，步进电机的预设消隐时长结束。

结合图7，以第一个启动与衰减周期A为例，在DI-N为高电平状态时，步进电机开始进入充电启动状态(t＝T11时刻进入)，当采样使能触发信号变为高电平有效状态，在t＝T12时刻，第一触发器D1的时钟控制端输入具有上升沿的采样使能触发信号，此时步进电机的预设消隐时长结束。显然，由于第一触发器D1的输入端D为高电平信号，此时第一触发器D1的输出端Q为高电平，第二触发器D2的输入端D也为高电平信号。

进一步地，第二触发器D2在下一系统时钟信号到来时，第二触发器D2的输出端Q变为高电平状态，由于第二触发器D2的输出端连接第三触发器D3的时钟控制端(低电平变为高电平，产生上升沿)，因而第三触发器D3的输出端Q能够获取到D3对应输入端D的信号状态，而第三触发器D3的输入端D输入的为充电使能电平信号，此时第三触发器D3的输出端Q为高电平状态，则可判断出DI-N仍在充电，即当前周期内步进电机的线圈电流在启动周期内达到预设电流值所对应的充电时间大于预设消隐时长(Ton-1大于T-blank)，此时充电时间结束后，步进电机开始直接进入第一预设衰减模式，即续流状态。

同样地，在第二个启动与衰减周期B内，第三触发器D3的输出端Q为低电平状态，则可判断出DI-N已结束充电状态，即当前周期内步进电机的线圈电流在当前启动周期内达到预设电流值所对应的充电时间小于预设消隐时长，如图6所示，Ton-2小于T-blank。

此外，还提供一种步进电机，步进电机执行上述控制方法。

此外，还提供一种步进电机，步进电机包括上述控制电路200。

即，以上仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

另外，对于特性相同或相似的结构元件，本申请可采用相同或者不相同的标号进行标识。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，“例如”一词是用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为“例如”的任何一个实施例不一定被解释为比其它实施例更加优选或更加具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本申请，本申请给出了以上描述。在以上描述中，为了解释的目的而列出了各个细节。

应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本申请。在其它实施例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本申请的描述变得晦涩。因此，本申请并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请所公开的原理和特征的最广范围相一致。

Claims (9)

1.一种步进电机的控制方法，其特征在于，包括：

判断所述步进电机的线圈电流在每个启动周期内达到预设电流值所对应的充电时间是否大于预设消隐时长；

若是，则计算所述充电时间与所述预设消隐时长的比值；当所述比值大于第一预设比例阈值时，对第一预设衰减模式的衰减时长进行调节，以使所述步进电机在进入调节后的第一预设衰减模式后对应的电流衰减时长降低；

若否，则当对应启动周期内的预设消隐时长结束后，控制所述步进电机进入第二预设衰减模式，所述第一预设衰减模式对应的衰减速度小于所述第二预设衰减模式对应的衰减速度。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述第一预设衰减模式的衰减时长周期长度不超过所述第二预设衰减模式的时间周期长度。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述第一预设衰减模式和所述第二预设衰减模式各自的衰减时间周期长度相同。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制所述步进电机进入第二预设衰减模式的步骤包括：

计算所述充电时间与所述预设消隐时长的比值；

当所述比值小于第二预设比例阈值时，对所述第二预设衰减模式的衰减速度进行调节，以使所述步进电机在进入调节后的第二预设衰减模式后对应的电流衰减速度增加。

5.一种步进电机的控制电路，其特征在于，包括：

时间判断单元，用于判断所述步进电机的线圈电流在每个启动周期内达到预设电流值所对应的充电时间是否大于预设消隐时长；

第一调节单元，用于当所述充电时间大于预设消隐时长时，计算所述充电时间与所述预设消隐时长的比值；当所述比值大于第一预设比例阈值时，对第一预设衰减模式的衰减时长进行调节，以使所述步进电机在进入调节后的第一预设衰减模式后对应的电流衰减时长降低；

第二调节单元，用于当所述充电时间小于或等于预设消隐时长时，控制所述步进电机进入第二预设衰减模式，所述第一预设衰减模式对应的衰减速度小于所述第二预设衰减模式对应的衰减速度。

6.根据权利要求5所述的控制电路，其特征在于，所述时间判断单元包括电性连接的第一触发器、第二触发器和第三触发器；

所述第一触发器的输入端用于输入高电平信号，所述第一触发器的时钟控制端用于输入采样使能触发信号，所述第一触发器的输出端用于与所述第二触发器的输入端电性连接；

所述第二触发器的输出端用于连接所述第三触发器的时钟控制端；

所述第三触发器的输入端用于输入充电使能电平信号。

7.根据权利要求6所述的控制电路，其特征在于，所述第一触发器、第二触发器和第三触发器均采用D触发器。

8.一种步进电机，其特征在于，所述步进电机执行权利要求1至4中任一项所述的控制方法。

9.一种步进电机，其特征在于，所述步进电机包括权利要求5至7中任一项所述的控制电路。