阅读说明：本技术 一种步进电机的定位控制方法、装置、设备及介质 (Positioning control method, device, equipment and medium for stepping motor ) 是由 白政巧 施德隆 双慧 于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种步进电机的定位控制方法、装置、设备及介质,应用于步进电机的开环控制系统,其中,步进电机的定子和旋转机构上分别设置有霍尔传感器和磁钢,包括：当开环控制系统上电时,则向步进驱动器发送目标控制指令,以驱动步进电机带动旋转机构上的磁钢进行运转；当磁钢处于运转状态时,实时检测标志位的目标读数；当步进电机为正转状态,且目标读数由第一标志位跳变为第二标志位时,或当步进电机为反转状态,且目标读数由第二标志位跳变为第一标志位时,则控制步进电机停止运转,将步进电机的转子的停转位置设置为目标位置,并以目标位置为初始位置对步进电机的运转角度进行定位。通过该方法可以提高步进电机在运转过程中的定位精度。(The application discloses positioning control method, device, equipment and medium of a stepping motor, which are applied to an open-loop control system of the stepping motor, wherein a stator and a rotating mechanism of the stepping motor are respectively provided with a Hall sensor and magnetic steel, and the positioning control method comprises the following steps: when the open-loop control system is powered on, a target control instruction is sent to the stepping driver so as to drive the stepping motor to drive the magnetic steel on the rotating mechanism to operate; when the magnetic steel is in a running state, detecting the target reading of the mark bit in real time; when the stepping motor is in a forward rotation state and the target reading is changed from the first zone bit to the second zone bit, or when the stepping motor is in a reverse rotation state and the target reading is changed from the second zone bit to the first zone bit, the stepping motor is controlled to stop running, the stop position of the rotor of the stepping motor is set as a target position, and the running angle of the stepping motor is positioned by taking the target position as an initial position. The method can improve the positioning precision of the stepping motor in the running process.)

一种步进电机的定位控制方法、装置、设备及介质

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，特别涉及一种步进电机的定位控制方法、装置、设备及介质。

背景技术

步进电机是数控系统中的主要执行元件，它能够将电脉冲信号转变为角位移和线位移，所以，步进电机在实际生活中得到了极为广泛的应用。但是，在步进电机的开环控制系统中，通常不会安装有编码器，并且，在开环控制系统中也不会有角度反馈，因此，在步进电机进行点对点的定位控制中，当步进电机的加速度较高时，就会使得步进电机失步，从而导致步进电机的给定角度和实际旋转角度不相等，由此就会使得步进电机在运转过程中的定位精度较差。目前，针对这一现象，还没有较为有效的解决办法。

由此可见，如何进一步提高步进电机在运转过程中的定位精度，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种步进电机的定位控制方法、装置、设备及介质，以进一步提高步进电机在运转过程中的定位精度。其具体方案如下：

一种步进电机的定位控制方法，应用于步进电机的开环控制系统，所述开环控制系统中步进电机的定子和旋转机构上分别设置有霍尔传感器和磁钢，包括：

当所述开环控制系统上电时，则向驱动所述步进电机的步进驱动器发送目标控制指令，以驱动所述步进电机带动所述旋转机构上的所述磁钢进行运转；

当所述磁钢处于运转状态时，实时检测标志位的目标读数；其中，所述标志位能够表征所述霍尔传感器输出霍尔电压的变化状态，并且，当所述霍尔传感器输出的霍尔电压大于预设电压时，所述标志位显示第一标志位；当所述霍尔传感器的输出电压小于预设电压时，所述标志位显示第二标志位；

当所述步进电机为正转状态，且所述目标读数由所述第一标志位跳变为所述第二标志位时，或者，当所述步进电机为反转状态，且所述目标读数由所述第二标志位跳变为所述第一标志位时，则控制所述步进电机停止运转，将所述步进电机的转子的停转位置设置为目标位置，并以所述目标位置为初始位置对所述步进电机的运转角度进行定位。

优选的，所述磁钢具体为直径为10mm±3mm的圆形磁钢。

优选的，所述霍尔传感器的型号具体为SS495。

优选的，所述向驱动所述步进电机的步进驱动器发送目标控制指令，以驱动所述步进电机带动所述旋转机构上的所述磁钢进行运转的过程，包括：

向驱动所述步进电机的所述步进驱动器发送脉冲频率固定的控制指令，以驱动所述步进电机带动所述旋转机构上的所述磁钢进行匀速运转。

优选的，所述第一标志位具体为1，所述第二标志位具体为0。

优选的，所述预设电压小于所述霍尔传感器输出的最大霍尔电压。

相应的，本发明还公开了一种步进电机的定位控制装置，应用于步进电机的开环控制系统，所述开环控制系统中步进电机的定子和旋转机构上分别设置有霍尔传感器和磁钢，包括：

系统上电模块，用于当所述开环控制系统上电时，则向驱动所述步进电机的步进驱动器发送目标控制指令，以驱动所述步进电机带动所述旋转机构上的所述磁钢进行运转；

读数检测模块，用于当所述磁钢处于运转状态时，实时检测标志位的目标读数；其中，所述标志位能够表征所述霍尔传感器输出霍尔电压的变化状态，并且，当所述霍尔传感器输出的霍尔电压大于预设电压时，所述标志位显示第一标志位；当所述霍尔传感器的输出电压小于预设电压时，所述标志位显示第二标志位；

电机运转模块，用于当所述步进电机为正转状态，且所述目标读数由所述第一标志位跳变为所述第二标志位时，或者，当所述步进电机为反转状态，且所述目标读数由所述第二标志位跳变为所述第一标志位时，则控制所述步进电机停止运转，将所述步进电机的转子的停转位置设置为目标位置，并以所述目标位置为初始位置对所述步进电机的运转角度进行定位。

相应的，本发明还公开了一种步进电机的定位控制设备，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如前述公开的一种步进电机的定位控制方法的步骤。

相应的，本发明还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前述公开的一种步进电机的定位控制方法的步骤。

可见，在本发明中，首先是在步进电机的开环控制系统中步进电机的定子上设置霍尔传感器，并在旋转机构上设置磁钢；当开环控制系统上电时，则向驱动步进电机的步进驱动器发送目标控制指令，以驱动步进电机带动旋转机构上的磁钢进行运转。当磁钢处于运转状态时，步进电机的定子上的霍尔传感器因为霍尔效应就会检测到变化的霍尔电压。在此过程中，标志位会表征出霍尔传感器所检测到的霍尔电压的变化状态，并且，当霍尔传感器输出的霍尔电压大于或等于预设电压时，标志位会显示第一标志位，当霍尔传感器输出的霍尔电压小于预设电压时，标志位会显示第二标志位。当步进电机为正转状态，且标志位的目标读数由第一标志位跳变为第二标志位时，或者，当步进电机为反转状态，且标志位的目标读数由第二标志位跳变为第一标志位时，则控制步进电机停止运转，这样就保证了步进电机在正转或反转时，步进电机的转子的停转位置可以在同一个位置处。然后，将步进电机的转子的停转位置设置为目标位置，并以目标位置为初始位置控制步进电机的运转。这样就相当于是通过标志位的变化以及步进电机的正反转设定了一个步进电机在运转过程中的初始位置，然后，再控制步进电机以该初始位置为起点来对步进电机的运转角度进行定位，由此就可以避免步进电机在实际运转过程中给定角度与实际旋转角度不相等的问题，这样就可以进一步提高步进电机在运转过程中的定位精度。相应的，本发明所提供的一种步进电机的定位控制装置、设备及介质，同样具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种步进电机的定位控制方法的流程图；

图2为在步进电机上设置磁钢和霍尔传感器的安装示意图；

图3为确定目标位置时的示意图；

图4为步进电机的开环控制系统的结构图；

图5为本发明实施例所提供的一种步进电机的定位控制装置的结构图；

图6为本发明实施例所提供的一种步进电机的定位控制设备的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明实施例所提供的一种步进电机的定位控制方法，该步进电机的定位控制方法应用于步进电机的开环控制系统，开环控制系统中步进电机的定子和旋转机构上分别设置有霍尔传感器和磁钢，该定位控制方法包括：

步骤S11：当开环控制系统上电时，则向驱动步进电机的步进驱动器发送目标控制指令，以驱动步进电机带动旋转机构上的磁钢进行运转；

在本实施例中，为了提高步进电机在运转过程中的定位精度，是提供了一种新的步进电机的定位控制方法，在该定位控制方法中，首先是在步进电机的开环控制系统中步进电机的定子上设置霍尔传感器，并且，在开环控制系统的旋转机构上设置磁钢，需要说明的是，在本实施例中，对于霍尔传感器和磁钢的具体设置位置不作具体限定。

当步进电机的开环控制系统上电时，首先是向驱动步进电机的步进驱动器发送目标控制指令，并以此来驱动步进电机带动旋转机构上的磁钢进行运转。能够想到的是，当磁钢处于运转状态时，运转的磁钢会产生相应的磁场，在此状态下，由于霍尔效应设置在步进电机的定子上的霍尔传感器就会检测到相应的霍尔电压。

步骤S12：当磁钢处于运转状态时，实时检测标志位的目标读数；

其中，标志位能够表征霍尔传感器输出霍尔电压的变化状态，并且，当霍尔传感器输出的霍尔电压大于预设电压时，标志位显示第一标志位；当霍尔传感器的输出电压小于预设电压时，标志位显示第二标志位；

步骤S13：当步进电机为正转状态，且目标读数由第一标志位跳变为第二标志位时，或者，当步进电机为反转状态，且目标读数由第二标志位跳变为第一标志位时，则控制步进电机停止运转，将步进电机的转子的停转位置设置为目标位置，并以目标位置为初始位置对步进电机的运转角度进行定位。

可以理解的是，在步进电机进行运转的过程中，由于步进电机的运转速度过快，这样会使得霍尔传感器所检测到的霍尔电压也会出现较大幅度的变化，所以，在本实施例中，为了能够更好的检测到霍尔传感器输出霍尔电压的变化，还预先在步进电机的开环控制系统中设置了标志位，也即，利用标志位的目标读数来表征霍尔传感器输出霍尔电压的变化状态。

具体的，当霍尔传感器输出的霍尔电压大于或等于预设电压时，标志位会显示第一标志位，当霍尔传感器输出的霍尔电压小于预设电压时，标志位会显示第二标志位。其中，第一标志位和第二标志位的取值可以任意进行设定，只要是能够达到区分霍尔传感器输出霍尔电压的变化状态即可，此处不作具体限定。

假设预设电压为TH1、霍尔传感器输出的霍尔电压为V_out，当霍尔传感器输出的霍尔电压V_out≥TH1时，标志位会显示第一标志位，当霍尔传感器输出的霍尔电压V_out＜TH1时，标志位会显示第二标志位。

请参见图2和图3，图2为在步进电机上设置磁钢和霍尔传感器的安装示意图，图3为确定目标位置时的示意图。当步进电机为正转状态，也即，步进电机从A点运转至B点时，且标志位的目标读数由第一标志位跳变为第二标志位时，或者，当步进电机为反转状态，也即，步进电机从B点运转至A点时，且标志位的目标读数由第二标志位跳变为第一标志位时，则控制步进电机停止运转，并将步进电机的转子的停转位置设置为目标位置。显然，此步骤的目的是为了保证步进电机在正反转的过程中，目标位置的选取位置可以在正转状态和反转状态时相一致，这样就可以提升目标位置在设定过程中的可靠性与准确性。当将步进电机停止运转，并且，将步进电机的转子的停转位置设置为目标位置时，之后，再以目标位置为初始位置来对步进电机的运转角度进行定位。此处通过一个具体例子进行说明。

请参见图4，图4为步进电机的开环控制系统的结构图，当步进电机的开关控制系统上电时，开关控制系统中的角度指令发生器会向步进驱动器发送正向脉冲指令，步进电机驱动器会驱动步进电机进行旋转。当检测到标志位的目标读数由第一标志位跳变为第二标志位时，角度指令发生器停止向步进驱动器发送正向脉冲指令，步进电机停止旋转，此时，将步进电机的转子的停转位置设置为目标位置，然后，再以目标位置为初始位置来对步进电机的运转角度进行定位控制。

假设步进电机的转子停转在目标位置，也即，假设步进电机的转子停转在霍尔传感器所在的位置时，还需要将步进电机的转子从目标位置运转定位至A点时，此时，角度指令发生器向步进电机驱动器发送正向脉冲指令，对应角度为θ₂，当角度指令发生器向步进电机驱动器发送完毕正向脉冲指令后，步进电机的转子将会停转至A点。

当步进电机处于正转状态时，也即，步进电机的转子需要从A点旋转至B点时，角度指令发生器发送负向脉冲指令给步进电机驱动器，步进电机驱动器驱动步进电机进行旋转；当检测到标志位的目标读数由第一标志位跳变为第二标志位时，角度指令发生器停止向步进电机驱动器发送负向脉冲指令，此时，步进电机的转子停止旋转，在此情况下，将步进电机的转子的停转位置设置为目标位置，也即，将步进电机的转子停转在霍尔传感器所在的位置设置为目标位置，之后，角度指令发生器再次向步进电机驱动器发送负向脉冲指令，对应角度为θ₁，当负向脉冲指令发送完毕之后，步进电机的转子将会停转在B点。

当步进电机处于反转状态时，也即，步进电机的转子需要从B点旋转至A点时，角度指令发生器向步进电机驱动器发送正向脉冲指令，步进电机驱动器驱动步进电机进行旋转；当检测到标志位的目标读数由第二标志位跳变为第一标志位时，角度指令发生器停止向步进电机驱动器发送正向脉冲指令，此时，步进电机的转子停止旋转，在此情况下，将步进电机的转子的停转位置设置为目标位置，也即，将步进电机的转子停转在霍尔传感器所在的位置设置为目标位置，之后，角度指令发生器再次向步进电机驱动器发送正向脉冲指令，对应角度为θ₂，当正向脉冲指令发送完毕之后，步进电机的转子将会停转在A点。

由此可见，在本实施例所提供的步进电机的定位控制方法中，不管是步进电机的转子从A点运转至B点，还是步进电机的转子从B点运转至A点，都需要先运转至目标位置，然后，再从目标位置运转至B点或者是A点，由此就解决了步进电机在实际运转过程中给定角度与实际旋转角度不一致的问题，这样就可以进一步提高步进电机在运转过程中的定位精度。

可见，在本实施例中，首先是在步进电机的开环控制系统中步进电机的定子上设置霍尔传感器，并在旋转机构上设置磁钢；当开环控制系统上电时，则向驱动步进电机的步进驱动器发送目标控制指令，以驱动步进电机带动旋转机构上的磁钢进行运转。当磁钢处于运转状态时，步进电机的定子上的霍尔传感器因为霍尔效应就会检测到变化的霍尔电压。在此过程中，标志位会表征出霍尔传感器所检测到的霍尔电压的变化状态，并且，当霍尔传感器输出的霍尔电压大于或等于预设电压时，标志位会显示第一标志位，当霍尔传感器输出的霍尔电压小于预设电压时，标志位会显示第二标志位。当步进电机为正转状态，且标志位的目标读数由第一标志位跳变为第二标志位时，或者，当步进电机为反转状态，且标志位的目标读数由第二标志位跳变为第一标志位时，则控制步进电机停止运转，这样就保证了步进电机在正转或反转时，步进电机的转子的停转位置可以在同一个位置处。然后，将步进电机的转子的停转位置设置为目标位置，并以目标位置为初始位置控制步进电机的运转。这样就相当于是通过标志位的变化以及步进电机的正反转设定了一个步进电机在运转过程中的初始位置，然后，再控制步进电机以该初始位置为起点来对步进电机的运转角度进行定位，由此就可以避免步进电机在实际运转过程中给定角度与实际旋转角度不相等的问题，这样就可以进一步提高步进电机在运转过程中的定位精度。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，作为一种优选的实施方式，磁钢具体为直径为10mm±3mm的圆形磁钢。

具体的，可以将磁钢设置为直径为10mm±3mm的圆形磁钢，因为圆形磁钢相比于其它形状的磁钢而言，会产生更为均匀的磁场，这样就可以使得霍尔传感器所检测到的霍尔电压更为准确与可靠。

而且，在实际应用中，还可以将该圆形磁钢的直径设置为10mm±3mm，因为这样不仅能够减小磁钢对旋转机构的占用面积，而且，也可以保证步进电机在实际使用过程中的正常运转，由此就进一步保证了步进电机的运转过程中的稳定性与可靠性。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，作为一种优选的实施方式，霍尔传感器的型号具体为SS495。

在本实施例中，是将霍尔传感器设置为SS495，因为SS495不仅可以快速、灵敏地检测到磁钢在运转过程中所产生的霍尔电压，而且，SS495还可以在-40℃到150℃的温度范围内进行稳定工作，由此就可以使得本申请所提供的步进电机的定位控制方法可以应用在更为复杂的应用场景中。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，作为一种优选的实施方式，上述步骤：向驱动步进电机的步进驱动器发送目标控制指令，以驱动步进电机带动旋转机构上的磁钢进行运转的过程，包括：

向驱动步进电机的步进驱动器发送脉冲频率固定的控制指令，以驱动步进电机带动旋转机构上的磁钢进行匀速运转。

可以理解的是，当向驱动步进电机的步进驱动器发送脉冲频率固定的控制指令时，步进电机就可以进行匀速运转，并由此带动旋转机构上的磁钢也进行匀速运转。当旋转机构上的磁钢进行匀速运转时，磁钢所产生的霍尔效应也会以均匀的速度进行变化，这样霍尔传感器所检测到的霍尔电压较为平稳，不会出现大幅度的抖动，由此就可以使得标志位上目标读数的显示结果更为准确与可靠。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，作为一种优选的实施方式，第一标志位具体为1，第二标志位具体为0。

具体的，在本实施例中，是将第一标志位设置1，将第二标志位设置0，能够想到的是，标志位通过0和1来显示霍尔传感器输出霍尔电压的变化状态时，就会使得标志位的显示结果更为简单与直观。而且，通过这样的设置方式，不仅可以相对简化工作人员在对标志位进行编译过程中的编程工作，而且，也可以使得标志位显示结果的读取过程更加简单与便捷。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，作为一种优选的实施方式，预设电压小于霍尔传感器输出的最大霍尔电压。

考虑到在实际应用中，步进电机的转速较高，那么霍尔传感器输出的霍尔电压一般会低于霍尔传感器输出的最大霍尔电压，并且，这一情况还会持续相对较长的时间，所以，在本实施例中，为了相对延长标志位上显示第一标志位和第二标志位所显示的时间，是将预设电压的数值设置为小于霍尔传感器输出的最大霍尔电压。显然，通过此种设置方式，就可以相对降低在确定目标位置时误判与漏判的概率，由此就可以进一步提高步在对进电机在运转过程中的定位精度。

请参见图5，图5为本发明实施例所提供的一种步进电机的定位控制装置的结构图，该定位控制装置包括：

系统上电模块21，用于当开环控制系统上电时，则向驱动步进电机的步进驱动器发送目标控制指令，以驱动步进电机带动旋转机构上的磁钢进行运转；

读数检测模块22，用于当磁钢处于运转状态时，实时检测标志位的目标读数；其中，标志位能够表征霍尔传感器输出霍尔电压的变化状态，并且，当霍尔传感器输出的霍尔电压大于预设电压时，标志位显示第一标志位；当霍尔传感器的输出电压小于预设电压时，标志位显示第二标志位；

电机运转模块23，用于当步进电机为正转状态，且目标读数由第一标志位跳变为第二标志位时，或者，当步进电机为反转状态，且目标读数由第二标志位跳变为第一标志位时，则控制步进电机停止运转，将步进电机的转子的停转位置设置为目标位置，并以目标位置为初始位置对步进电机的运转角度进行定位。

本发明实施例所公开的一种步进电机的定位控制装置，具有前述所公开的一种步进电机的定位控制方法所具有的有益效果。

请参见图6，本发明实施例所提供的一种步进电机的定位控制设备的结构图，该定位控制设备包括：

存储器31，用于存储计算机程序；

处理器32，用于执行计算机程序时实现如前述所公开的一种步进电机的定位控制方法的步骤。

本发明实施例所公开的一种步进电机的定位控制设备，具有前述所公开的一种步进电机的定位控制方法所具有的有益效果。

相应的，本发明还公开了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如前述所公开的一种步进电机的定位控制方法的步骤。

本发明实施例所公开的一种计算机可读存储介质，具有前述所公开的一种步进电机的定位控制方法所具有的有益效果。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种步进电机的定位控制方法、装置、设备及介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。