一种步进电机控制方法及装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108199629A(43)申请公布日2018.06.22(21)申请号201711397639.8(22)申请日2017.12.21(71)申请人迈克医疗电子有限公司地址611731四川省成都市高新区安和二路8号4栋(72)发明人张建恒(74)专利代理机构北京同达信恒知识产权代理有限公司11291代理人黄志华(51)Int.Cl.H02P8/14(2006.01)权利要求书3页说明书12页附图4页(54)发明名称一种步进电机控制方法及装置(57)摘要本发明涉及体外诊断技术领域，特别涉及一种步进电机控制方法及装置。该方法为：将步进电机的特性参数和系统运行参数代入预先建立的转速-输出力矩数学模型中，生成所述步进电机的转速-输出力矩曲线公式，并基于所述转速-输出力矩曲线公式，总负载力矩和负载的转动惯量，生成所述步进电机的转速-加速度曲线；基于所述转速-加速度曲线，生成相应的时间-转速曲线，并将所述时间-转速曲线离散化，生成相应的控制信号，其中，所述控制信号为所述时间-转速曲线离散化后，时间轴上各时间点分别对应的脉冲频率；基于所述控制信号对所述步进电机进行控制，采用上述方法，提高加速效率的同时，避免了步进电机在高速运转时失步现象的发生。CN108199629ACN108199629A权利要求书1/3页1.一种步进电机控制方法，应用于血液分析仪器中，其特征在于，包括：将步进电机的特性参数和系统运行参数代入预先建立的转速-输出力矩数学模型中，生成所述步进电机的转速-输出力矩曲线公式，并基于所述转速-输出力矩曲线公式，总负载力矩和负载的转动惯量，生成所述步进电机的转速-加速度曲线；基于所述转速-加速度曲线，生成相应的时间-转速曲线，并将所述时间-转速曲线离散化，生成相应的控制信号，其中，所述控制信号为所述时间-转速曲线离散化后，时间轴上各时间点分别对应的脉冲频率；基于所述控制信号对所述步进电机进行控制。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，预先建立步进电机的转速-输出力矩数学模型，具体包括：根据电磁感应原理采用公式一计算所述步进电机的输出力矩：公式一：MO(I)＝i×B×LM×D，其中，MO(I)为所述步进电机绕组电流为i时的输出力矩，i为所述步进电机绕组电流，B为所述步进电机励磁系数，LM为所述步进电机绕组有效长度，D所述步进电机绕组力矩有效力臂；采用公式二计算所述步进电机的感应电动势：公式二：ES(n)＝B×LM×2×n×D×π，其中，ES(n)为所述步进电机转速为n时的感应电动势，n为所述步进电机转速；采用公式三计算所述步进电机的绕组感抗：公式三：Ri(n)＝2×π×f(n)×L，其中，Ri(n)为所述步进电机转速为n时的绕组阻抗，f(n)＝k×n，为电流频率，与转速成正比，k为频率系数，等于所述步进电机驱动器细分数与斩波频率的乘积；采用公式四计算所述步进电机的绕组电流：公式四：其中，U为所述步进电机供电电压，R为所述步进电机绕组电阻；将公式二，公式三和公式四代入公式一中，得到所述步进电机的转速-输出力矩数学模型：公式五：3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，基于所述转速-输出力矩曲线公式，总负载力矩和负载的转动惯量，生成所述步进电机的转速-加速度曲线，具体包括：将所述步进电机期望运行的转速离散成若干目标转速，并通过公式五分别计算各目标转速相对应的输出力矩，得到相对应的转速-输出力矩曲线；采用公式六分别计算所述步进电机在加速运转过程中目标转速相对应的加速度：公式六：在所述步进电机恒速运转过程中，加速度为0，其中，在所述步进电机恒速运转时，MO(n)≥KS；采用公式七分别计算所述步进电机在减速运转过程中目标转速相对应的加速度：2CN108199629A权利要求书2/3页公式七：其中，a(n)为所述步进电机转速为n时的加速度，KS为总负载力矩，Ilo为负载的转动惯量；基于各目标转速和各目标转速分别对应的加速度，得到相应的转速-加速度曲线。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，确定所述总负载力矩，具体包括：在所述步进电机加速和/或恒速运转过程中，采用公式八计算总负载力矩：公式八：MS＝(ML+MK)×KS；在所述步进电机减速运转过程中，采用公式九计算总负载力矩：公式九：MS＝(ML-MK)×KS，其中，MS为总负载力矩，ML为负载产生的力矩，MK为摩擦和/或克服重力产生的力矩，KS为安全系数，KS＞1。5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，基于所述转速-加速度曲线，生成相应的时间-转速曲线，具体包括：在所述步进电机加速运转过程中，从所述步进电机开始运转开始，基于预设的计算时间点的间隔，根据当前计算时间点的转速和所述转速-加速度曲线，确定出相应的加速度