一種基於接近傳感器的步進電機失步糾錯方法與流程

2023-11-08 11:35:02

本發明涉及一種基於接近傳感器的步進電機失步糾錯方法，本方法適用於角位置或角速率的開環控制等領域。

背景技術：
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步進電機是將電脈衝信號轉變為角位移或線位移的開環控制電機。在未發生失步情況下，電機的轉速、停止的位置只取決於脈衝信號的頻率和脈衝數並不受負載變化的影響，當步進電機接收到一個脈衝信號時，電機就按設定的方向轉一個固定的角度(步進角或步距角)，通過控制脈衝數和脈衝頻率來控制電機角位移量及電機轉速從而達到精確的開環控制。步進電機每轉一周的步數相同，在不失步的情況下，其步距誤差不會長期累積。

失步是指步進電機由於一定的原因，未按照設定的控制脈衝數和脈衝頻率進行角度的轉動，丟失了一定的步進角。當轉子加速度慢於步進電機的旋轉磁場，轉子的平均速度高於定子磁場的平均旋轉速度，或者電機負載慣性較大等情況下，都會造成步進電機的失步。在角位置和角速率開環控制中，步進電機的失步會造成控制量誤差的積累，造成控制精度下降。

技術實現要素：
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本發明的技術解決問題是：利用接近傳感器，結合電機測向及修正算法，定期對步進電機的失步誤差進行修正，準確測量角度誤差，提供一種基於接近傳感器的步進電機失步糾錯方法。

本發明的技術解決方案為：一種基於接近傳感器的步進電機失步糾錯方法，其特徵在於首先確定精確的接近傳感器安裝位置，準確安裝在於步進電機定子固連的載體上，然後設計步進電機的測向模型，準確判定步進電機的實時轉動方向，在系統運行過程中，當接近傳感器觸發信號時，準確記錄此時步進電機的脈衝計數值，並根據接近傳感器安裝的位置設計值與此時的步進電機轉動方向，對步進電機此時刻的脈衝計數角度進行修正糾錯，具體步驟如下：

(1)設計一套機械裝置，該機械裝置將接近傳感器與步進電機定子固連，接近傳感器感應塊與步進電機轉動部分固連，精確標記接近傳感器與步進電機轉動之間的安裝關係。

(2)設計步進電機的測向模型，準確判定步進電機的實時轉動方向。由於接近傳感器在正向與反向所感應的角度位置存在差別，為了避免引入其他的角度誤差，因此必須要準確判斷步進電機的實時轉動方向，並加入相應的誤判機制。

(3)考慮到接近傳感器在觸發階段中電機頻繁換向帶來的附加幹擾，為保證修正的準確性和可靠性，設計基於步進電機測向的抗幹擾誤差修正算法。

(4)系統運行過程中，利用以上(1)-(3)步提供的結構、模型及算法，當接近傳感器觸發信號時，準確記錄此時步進電機的脈衝計數值，並根據接近傳感器安裝的位置設計值與此時的步進電機轉動方向，對步進電機此時刻的脈衝計數角度進行修正糾錯。

本發明的原理是：接近傳感器對步進電機轉動絕對位置進行測量，並利用輔助的步進電機測向模型與修正算法，實現對步進電機失步的準確糾錯。利用接近傳感器自身的低成本、高精度、高可靠性等特點，來滿足步進電機失步糾錯的低成本化需求。

本發明與現有技術相比的優點在於：本發明無需加裝測角傳感器如光電編碼器、旋轉變壓器等，而是通過簡易加裝接近傳感器及相應的軟體處理算法，即可避免步進電機輸出角度誤差的積累，保證測角精度的長期準確性，在成本上具有很大的優勢。

附圖說明：

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為本發明的修正算法解析圖；

具體實施方式：

如圖1、2所示，本發明的具體方法如下：

1、整個結構設計包括七部分，固定安裝板，步進電機定子部分，步進電機轉動部分，結構傳動部件，接近傳感器感應塊，接近傳感器以及負載。固定安裝板為整個結構提供支撐，步進電機定子固定在安裝板上，在負載上安裝接近傳感器感應塊，接近傳感器固定在安裝板上，每當接近傳感器經過接近傳感器感應塊時，接近傳感器會發出信號。通過結構設計，可精確標記接近傳感器信號觸發時的角度位置，在本示例中標記角度位置為Aideal。

2、由於接近傳感器在正向與反向所感應的角度位置存在差別，為了避免引入其他的角度誤差，因此必須要準確判斷步進電機的實時轉動方向，並加入相應的誤判機制。該方法設計了步進電機的糾錯算法，準確判定步進電機的轉動方向和失步誤差。

SPreal＝|B-A|

|SPideal-SPreal|＜100

其中SPreal實際傳感器觸發信號所佔用的脈衝數，SPideal為理論上傳感器觸發信號所佔用的脈衝數。如果二者之差小於100，則認為感應塊完全通過接近傳感器，所記錄的脈衝數A可與Aideal進行匹配，用於步進電機失步的修正。按照修正計算式對脈衝數進行修正。

Δ＝|Aideal-A|

Δ即為步進電機失步的修正量。