[发明专利]电机运动控制方法

说明书

本发明提供了一种电机运动控制方法，通过曲线控制方式，实现电机的速度单步变频。该方法包括如下步骤：在一个计算周期内，当前时刻速度以加速度值自累加，当前时刻位移以当前速度值自累加；当当前位移累加溢出时，产生一个控制脉冲，控制电机运动。其中溢出值设置为与计算频率值在数值上相等。

技术领域

本发明涉及控制技术领域，特别涉及控制系统中的电机运动控制方法，更特别地，本发明涉及用于步进电机驱动中的加减速控制方法。

背景技术

步进电机、伺服电机、无刷电机、直线电机等在控制和检测检验系统和设备中经常用作执行机构。而且在一般的控制和检测检验系统和设备中，往往有多个此类执行机构，通常需要同时控制多个此类执行机构带动不同的结构部件执行各种复杂的运动。

以步进电机为例，步进电机的旋转是通过给步进电机施以适当频率和顺序的控制脉冲，以固定的角度一步一步运动的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度，从而达到调速的目的。

在步进电机的启动阶段，由于电机本身及其负载的机械惯性以及电机内部的反向电动势的阻尼作用，电机控制频率不宜过高，否则会发生堵转和丢步现象。在启动之后的高速运动阶段，如果控制频率不够高，又会限制电机的旋转速度，影响运动效率。在停止阶段，如果在高速运动阶段的控制频率下突然停止，由于电机本身及其负载的机械惯性容易发生过冲。

为实现步进电机的精确、快速、平稳运动，须采用变频控制方式，在加速、匀速、减速等不同的运动阶段，给电机施以不同频率的控制脉冲。跟步进电机一样，伺服电机、无刷电机、直线电机等执行机构的加减速控制是控制和检验检测设备实现高速精确定位和平滑运动的关键所在。

现有技术中，用于步进电机加减速控制的曲线通常有：梯形曲线、 S型曲线、指数型曲线、以及三角函数曲线等。用于步进电机的加减速控制的主控单元通常有单片机(MCU)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑控制器(PLC)等。其中FPGA 由于其并行控制及逻辑可编程等特点，能够更灵活且更低成本地实现多个步进电机的同时控制，因而被广泛应用于检验设备的控制过程中。

重庆大学机械工程学院的简毅、刘宝发表于2012年第3期《轻工机械》上的论文《基于AT91SAM9261的步进电机S曲线加减速控制研究与实现》公开了一种基于嵌入式片上系统AT91SAM9261的S曲线加减速控制算法，以及利用该算法实现步进电机无柔性冲击的加减速控制的具体方法。在该方法中，根据步进电机的加加速度、加速度、速度、位移等数学关系，计算对应时间点的速度，并控制电机的转速。该方法原理及实现较为简单，但为了提高速度控制精度，在计算过程中需要使用复杂的浮点数乘除、开方等运算，使主控单元资源消耗大，且计算耗时长，效率低，不利于在FPGA上实现，同时由于计算时间间隔长会造成单个计算周期内出现运动多步的情况，使速度曲线平滑性低、同时也会造成位移结束时，速度曲线拖拉、断尾等现象(如图1、图2所示)。

现有技术中还存在一种步进电机加减速控制方法，即查表法，其中使用MATLAB等软件工具在PC上预先计算出相应加减速速度值并制作成表格，将该表格存储于主控单元内，主控单元在具体控制过程中通过查表来实现步进电机加减速运动。该方法限制了步进电机加减速过程总步数、加速度等，使用缺乏灵活性。

因此，需要一种方法，在提高控制的精度和平稳性的同时，实现操作的简便和灵活性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种新的高精度单步变频电机运动控制方法。

根据本发明，提供了一种电机运动控制方法，在该方法中，以单步位移溢出产生电机运动的控制信号。

在其中一个实施例中，本发明的电机运动控制方法包括以下步骤：根据上一时刻位移值与当前时刻速度值确定当前时刻位移值；根据所述当前时刻位移值和预设溢出值判断该当前时刻位移值是否溢出；若溢出，则输出所述控制信号，控制所述电机运动。