[发明专利]步进电机控制方法、装置、设备及存储介质

说明书

本发明提供一种步进电机控制方法、装置、设备及存储介质。通过第一开环控制将步进电机将速度从初始状态提升至预设速度；再切换至闭环控制，在该阶段估计步进电机的转子位置和速度，并快速到达目标停止位置附近，根据角度和速度进行第二开环控制至目标停止位置。通过第一开环控制可使步进电机快速达到稳定状态后切换至闭环控制，可稳定准确估计步进电机的转子位置和速度，然后再由估计的步进电机的角度和速度通过第二开环控制对步进电机进行控制，并且通过理论计算整个步进电机控制过程的所用时间，指导步进电机的选择和机械负载的设计，实现无位置传感器的步进电机的控制，在最短时间内到达目标停止位置，解决步进电机失步现象，提高控制精度。

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种步进电机控制方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

在缝制设备中，步进电机常用于动框的控制，但是动框的动态过程很快，通常是十几个ms甚至是几个ms就要完成一次针制动作，动框步进电机控制精度优于0.5度。而对于步进电机在频繁的加减速启动和高速旋转的情况下容易造成失步，造成缝制设备的位置开环控制失效，为了弥补此缺点，可以在步进电机的轴端安装位置传感器(编码器)，来实时监测转子位置并且施加基于转子位置的矢量控制方法，可以获得比开环步进电机更好的动态特性，但是为此增加了传感器的成本，并且在实际使用中由于线缆、安装精度和电路复杂性的原因，导致控制系统的成本上升，同时系统硬件的可靠性有一定程度的下降。因此无位置传感器的步进电机控制系统成为研究的热点。

首先从国内外的研究现状看，无传感器的电机闭环控制方法主要集中在永磁伺服电机的无传感器控制(主要是速度值)和步进电机的反电势检测上(主要堵转检测类)。文献《New sliding-mode observer for position sensorless control of permanent-magnet synchronous motor》(IEEE Transactions on Industrial Electronics,2012,60(2):710-719)提出基于滑模观测器估算永磁同步电机位置和速度，可以有效降低系统抖振，提高电机转子的位置和速率精度估算精度。实际上混合式步进电机的磁密远高于永磁同步伺服电机，因此会获得较高信噪比的反电势信息，并且步进电机可以将电脉冲转化为角位移，从而在较低转速下仍可进行位置采样，适合于低速开环控制和高速闭环控制。而不像该文献应用在伺服电机或直流无刷电机，大都只能工作在高速速度模式下。在文献《Sensorless State Estimation in Two phase Stepper Motor using EKF and UKF》(International Journal of Application or Innovation in Engineering&Management)明确给出了利用扩展卡尔曼滤波和无损卡尔曼滤波来构造的观测器的内部设计细节，除了在电机启动阶段算法由于初始迭代计算还未收敛导致较大误差以外，在运行阶段整体精度还是具备比较好的符合性。但是卡尔曼滤波算法比较复杂，计算量比较大，在单片机占用比较多的运算时间。

文献《永磁同步电机无位置传感器混合控制策略》(中国电机工程学报,2012,32(24):103-109)在低速运行时注入脉振高频电压信号，通过对高频电流幅值处理获得转子位置误差信号，中高速运行则通过反电动势模型滑模观测器获得位置误差信息，对两种方法所得位置误差信号进行归一化处理，并根据运行转速对归一化后的位置误差信号以加权的方式进行信息融合。文献《基于自适应模糊滑模观测器的永磁同步电机无传感器矢量控制系统》(电工电能新技术,2006,25(2):1-3,51)提出一种自适应模糊滑模观测器来实现永磁同步电机无传感器控制。根据Lyapunov稳定性定理构建自适应模糊滑模观测器，以保证系统的稳定性。通过分析滑模增益对系统抖振的影响设计模糊控制系统，从而实现对滑模增益的动态调整，削弱抖振现象，提高系统的鲁棒性。