一种步进电机的负载检测方法及装置与流程

1.本技术涉及步进电机技术领域，尤其是涉及一种步进电机的负载检测方法及装置。


背景技术：

2.步进电机通常采用给定角度的细分来实现微步进控制，在其运行过程中，若可以检测到步进电机负载的轻重，则可以根据实际运行工况进行调整以避免步进电机失步，或者在步进电机堵转失步时可以准确、快速地检出电机堵转故障。
3.目前，大多数的负载检测方案，均需要对步进电机反电势电压的进行测量，进而，通过判断电机相反电势电压和电机相电流的相位差大小来实现对步进电机负载程度的检测；然而，该类方案的实现需要借助于反电势电压的检测电路来实现相反电势电压的检测，其增加了步进电机控制系统的硬件成本。还有少数的负载检测方案，是从步进电机的相电流的采样数据中提取可间接反映电机负载程度的特征量，以根据此特征量来实现对电机负载轻重的检测，但是，此类方案涉及复杂的运算过程，同样会增加了检测方案的实施难度。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术的目的在于提供一种步进电机的负载检测方法及装置，以解决步进电机负载检测难度较大的问题。
5.本技术实施例提供了一种步进电机的负载检测方法，所述负载检测方法包括：
6.基于所述步进电机在每个特定步距角下的运行时间计数，确定出所述步进电机在每个特定步距角下对应的慢衰减时钟计数；
7.利用每个衰减分组中每个特定步距角的慢衰减时钟计数，确定每个衰减分组的衰减计数差值；
8.基于每个衰减分组的衰减计数差值，确定所述步进电机的负载特征量；其中，所述负载特征量用于反映所述步进电机的负载程度；所述负载特征量与所述负载程度之间具有负相关关系。
9.在一种可能的实施方式中，所述基于所述步进电机在每个特定步距角下的运行时间计数，确定出所述步进电机在每个特定步距角下对应的慢衰减时钟计数，包括：
10.实时获取所述步进电机在每个给定步距角下的运行时间计数；
11.基于每两个给定步距角之间的角度差值，从多个给定步距角中确定出特定步距角；
12.针对于每个特定步距角，将所述步进电机在该特定步距角下的运行时间计数，确定为所述步进电机在该特定步距角下的慢衰减时钟计数。
13.在一种可能的实施方式中，所述利用每个衰减分组中每个特定步距角的慢衰减时钟计数，确定每个衰减分组的衰减计数差值，包括：
14.针对于每个衰减分组，基于该衰减分组中两个特定步距角的慢衰减时钟计数，确
定该衰减分组的分组计数差值；
15.将所述分组计数差值的绝对值，确定为该衰减分组的衰减计数差值。
16.在一种可能的实施方式中，所述基于每个衰减分组的衰减计数差值，确定所述步进电机的负载特征量，包括：
17.依据所述衰减计数差值与所述负载特征量之间的关联关系，利用每个衰减分组的衰减计数差值，确定所述步进电机的负载特征量。
18.在一种可能的实施方式中，通过以下步骤确定所述衰减计数差值与所述负载特征量之间的关联关系：
19.基于所述步进电机在特定步距角下运行相位差与负载程度之间的第一负载关系，以及所述运行相位差与所述步进电机的相反电势电压之间的第一变化关系，确定所述相反电势电压与所述负载程度之间的第二负载关系；
20.基于所述第二负载关系以及所述衰减计数差值与所述相反电势电压之间的第二变化关系，确定所述衰减计数差值与所述负载特征量之间的关联关系。
21.在一种可能的实施方式中，通过以下步骤确定所述衰减计数差值与所述相反电势电压之间的第二变化关系：
22.在所述步进电机处于慢衰减工作时间段内，所述步进电机的相电压为零的情况下，构建所述慢衰减时钟计数、所述步进电机的相电流以及所述相反电势电压之间的第三变化关系；
23.针对于每个衰减分组，将该衰减分组下的每个慢衰减时钟计数代入所述第三变化关系，确定该衰减分组的衰减计数差值与所述相反电势电压之间的第二变化关系。
24.在一种可能的实施方式中，所述第一负载关系包括所述运行相位差与所述负载程度之间具有负相关关系；
25.所述第一变化关系包括所述运行相位差与所述相反电势电压之间具有正相关关系；
26.所述第二负载关系包括所述相反电势电压与所述负载程度之间具有负相关关系。
27.在一种可能的实施方式中，所述负载检测方法还包括：
28.基于所述负载特征量，调整所述步进电机的给定转速。
29.在一种可能的实施方式中，所述负载检测方法还包括：
30.当所述负载特征量为零时，确定所述步进电机存在堵转异常。
31.本技术实施例还提供了一种步进电机的负载检测装置，所述负载检测装置包括：
32.计数获取模块，用于基于所述步进电机在每个特定步距角下的运行时间计数，确定出所述步进电机在每个特定步距角下对应的慢衰减时钟计数；
33.差值确定模块，用于利用每个衰减分组中每个特定步距角的慢衰减时钟计数，确定每个衰减分组的衰减计数差值；
34.特征量确定模块，用于基于每个衰减分组的衰减计数差值，确定所述步进电机的负载特征量；其中，所述负载特征量用于反映所述步进电机的负载程度；所述负载特征量与所述负载程度之间具有负相关关系。
35.在一种可能的实施方式中，所述计数获取模块在用于基于所述步进电机在每个特定步距角下的运行时间计数，确定出所述步进电机在每个特定步距角下对应的慢衰减时钟
计数时，所述计数获取模块用于：
36.实时获取所述步进电机在每个给定步距角下的运行时间计数；
37.基于每两个给定步距角之间的角度差值，从多个给定步距角中确定出特定步距角；
38.针对于每个特定步距角，将所述步进电机在该特定步距角下的运行时间计数，确定为所述步进电机在该特定步距角下的慢衰减时钟计数。
39.在一种可能的实施方式中，所述差值确定模块在用于利用每个衰减分组中每个特定步距角的慢衰减时钟计数，确定每个衰减分组的衰减计数差值时，所述差值确定模块用于：
40.针对于每个衰减分组，基于该衰减分组中两个特定步距角的慢衰减时钟计数，确定该衰减分组的分组计数差值；
41.将所述分组计数差值的绝对值，确定为该衰减分组的衰减计数差值。
42.在一种可能的实施方式中，所述特征量确定模块在用于基于每个衰减分组的衰减计数差值，确定所述步进电机的负载特征量时，所述特征量确定模块用于：
43.依据所述衰减计数差值与所述负载特征量之间的关联关系，利用每个衰减分组的衰减计数差值，确定所述步进电机的负载特征量。
44.在一种可能的实施方式中，所述特征量确定模块用于通过以下步骤确定所述衰减计数差值与所述负载特征量之间的关联关系：
45.基于所述步进电机在特定步距角下运行相位差与负载程度之间的第一负载关系，以及所述运行相位差与所述步进电机的相反电势电压之间的第一变化关系，确定所述相反电势电压与所述负载程度之间的第二负载关系；
46.基于所述第二负载关系以及所述衰减计数差值与所述相反电势电压之间的第二变化关系，确定所述衰减计数差值与所述负载特征量之间的关联关系。
47.在一种可能的实施方式中，所述特征量确定模块用于通过以下步骤确定所述衰减计数差值与所述相反电势电压之间的第二变化关系：
48.在所述步进电机处于慢衰减工作时间段内，所述步进电机的相电压为零的情况下，构建所述慢衰减时钟计数、所述步进电机的相电流以及所述相反电势电压之间的第三变化关系；
49.针对于每个衰减分组，将该衰减分组下的每个慢衰减时钟计数代入所述第三变化关系，确定该衰减分组的衰减计数差值与所述相反电势电压之间的第二变化关系。
50.在一种可能的实施方式中，所述第一负载关系包括所述运行相位差与所述负载程度之间具有负相关关系；
51.所述第一变化关系包括所述运行相位差与所述相反电势电压之间具有正相关关系；
52.所述第二负载关系包括所述相反电势电压与所述负载程度之间具有负相关关系。
53.在一种可能的实施方式中，所述负载检测装置还包括转速调整模块，所述转速调整模块用于：
54.基于所述负载特征量，调整所述步进电机的给定转速。
55.在一种可能的实施方式中，所述负载检测装置还包括异常确定模块，所述异常确
定模块用于：
56.当所述负载特征量为零时，确定所述步进电机存在堵转异常。
57.本技术实施例还提供一种电子设备，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行如上述的步进电机的负载检测方法的步骤。
58.本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行如上述的步进电机的负载检测方法的步骤。
59.本技术实施例提供的步进电机的负载检测方法及装置，基于步进电机在每个特定步距角下的运行时间计数，确定出步进电机在每个特定步距角下对应的慢衰减时钟计数；利用每个衰减分组中每个特定步距角的慢衰减时钟计数，确定每个衰减分组的衰减计数差值；基于每个衰减分组的衰减计数差值，确定步进电机的负载特征量；其中，负载特征量用于反映所述步进电机的负载程度；所述负载特征量与所述负载程度之间具有负相关关系。这样，可以利用步进电机在特定步距角下的慢衰减时钟计数，确定出能够反映步进电机负载程度的负载特征量，进而，可以根据步进电机的负载特征量，结合步进电机的实际运行工况，对步进电机进行调整，以避免步进电机出现失步或者堵转等问题，可以准确、快速地对步进电机是否会发送故障进行预判。
60.为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
61.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
62.图1为本技术实施例所提供的一种步进电机的负载检测方法的流程图；
63.图2(a)为本技术实施例所提供的在慢衰减控制方式下相电流变化过程示意图；
64.图2(b)为本技术实施例所提供的在混合衰减控制方式下相电流变化过程示意图；
65.图3(a)为本技术实施例所提供的轻载条件下电流-电压波形示意图；
66.图3(b)为本技术实施例所提供的重载条件下电流-电压波形示意图；
67.图4为本技术实施例所提供的一种特定步距角下步进电机慢衰减时钟计数示意图；
68.图5为本技术实施例所提供的一种步进电机的负载检测装置的结构示意图之一；
69.图6为本技术实施例所提供的一种步进电机的负载检测装置的结构示意图之二；
70.图7为本技术实施例所提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
71.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例
中附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的每个其他实施例，都属于本技术保护的范围。
72.经研究发现，目前，大多数的负载检测方案，均需要对步进电机反电势电压的进行测量，进而，通过判断电机相反电势电压和电机相电流的相位差大小来实现对步进电机负载程度的检测；然而，该类方案的实现需要借助于反电势电压的检测电路来实现相反电势电压的检测，其增加了步进电机控制系统的硬件成本。还有少数的负载检测方案，是从步进电机的相电流的采样数据中提取可间接反映电机负载程度的特征量，以根据此特征量来实现对电机负载轻重的检测，但是，此类方案涉及复杂的运算过程，同样会增加了检测方案的实施难度。
73.基于此，本技术实施例提供了一种步进电机的负载检测方法，可以利用步进电机在特定步距角下的慢衰减时钟计数，确定出能够反映步进电机负载程度的负载特征量，进而，可以根据步进电机的负载特征量，结合步进电机的实际运行工况，对步进电机进行调整，以避免步进电机出现失步或者堵转等问题，可以准确、快速地对步进电机是否会发送故障进行预判。
74.请参阅图1，图1为本技术实施例所提供的一种步进电机的负载检测方法的流程图。如图1中所示，本技术实施例提供的负载检测方法，包括：
75.s101、基于所述步进电机在每个特定步距角下的运行时间计数，确定出所述步进电机在每个特定步距角下对应的慢衰减时钟计数。
76.s102、利用每个衰减分组中每个特定步距角的慢衰减时钟计数，确定每个衰减分组的衰减计数差值。
77.s103、基于每个衰减分组的衰减计数差值，确定所述步进电机的负载特征量；其中，所述负载特征量用于反映所述步进电机的负载程度。
78.本技术实施例所提供的一种步进电机的负载检测方法，通过获取步进电机在每个特定步距角下的运行时间计数，确定出步进电机在每个特定步距角下的慢衰减时钟计数；进而，可以利用步进电机的慢衰减时钟计数，确定出反映步进电机负载程度的负载特征量；这样，便可以在无需获取步进电机相反电势电压以及相电流的情况下，完成步进电机负载的检测，简化了步进电机负载检测的步骤，降低了步进电机负载检测成本，可以提高负载检测效率。
79.步进电机驱动器的输入量为方波信号，该方波的个数即为步进电机转动的步数，对同一个步进电机来说，其每一步转动的步距角是固定的。在实际应用中，为了实现更精细地控制，步进电机驱动器一般采用微步进模式来驱动步进电机，其原理是通过将步进电机的步距角进行细分得到给定角度，进而计算出驱动器所需的参考电流，通过控制步进电机电流的大小来实现微步进控制。
80.这里，可以通过进一步的细分步进电机在一个运行周期内的给定步距角，控制步进电机以微步进的模式运行；以步进电机处于1/4微步进模式为例，步进电机在一个运行周
期内所依据的多个给定步距角可以为：0度、22.5度、45度、67.5度、90度、112.5度、135度、157.5度、180度、202.5度、225度、247.5度、270度、292.5度、315度、337.5度。
81.这里，在给定步距角下，步进电机的相电流公式为：
82.ia＝ia*sinθ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
83.其中，ia为步进电机的a相电流，ia为步进电机的a相电流的幅值，θ为给定步距角。
84.步进电机的电压方程如下：
[0085][0086]
其中，ua为步进电机a相电压，vb为步进电机的相反电势电压，r为相电阻，l为相电感，d为微分算子。
[0087]
对于步进电机来说，步进电机一般多采用电流滞环控制，来获得恒定大小的电流纹波和较小的稳态误差。在电流滞环控制中，当步进电机的实际相电流超过滞环上限时，步进电机将会进入衰减阶段，以此减小步进电机的实际相电流。这里，步进电机的衰减方式可以分为慢衰减、快衰减和混合衰减三种控制方式，其中快衰减控制方式下会导致步进电机较大的电流纹波和噪声，实际应用中一般只采用慢衰减控制方式或混合衰减控制方式实现步进电机的控制。
[0088]
而在慢衰减控制下，可以借助于步进电机的慢衰减时钟计数、步进电机的相电流以及相反电势电压之间的第三变化关系，确定出衰减计数差值与相反电势电压之间的第二变化关系。
[0089]
在一种实施方式中，通过以下步骤确定所述衰减计数差值与所述相反电势电压之间的第二变化关系：
[0090]
步骤a、在所述步进电机处于慢衰减工作时间段内，所述步进电机的相电压为零的情况下，构建所述慢衰减时钟计数、所述步进电机的相电流以及所述相反电势电压之间的第三变化关系。
[0091]
该步骤中，请参阅图2(a)及图2(b)，图2(a)为本技术实施例所提供的在慢衰减控制方式下相电流变化过程示意图；图2(b)为本技术实施例所提供的在混合衰减控制方式下相电流变化过程示意图。如图2(a)及图2(b)所示，ia
*
为相电流的给定值，δia/2为滞环环宽，ts为慢衰减时钟计数，tf为快衰减时钟计数；结合图2(a)及图2(b)可知，无论是在慢衰减控制方式下，还是在混合衰减控制方式下，步进电机的每个运行周期都会出现慢衰减时间段ts，而在慢衰减时间段内，步进电机的a相电压ua为0，结合步进电机的电压方程(2)可得出，步进电机的慢衰减时钟计数、相电流以及相反电势电压之间存在第三变化关系，即，慢衰减时钟计数方程为：
[0092][0093]
其中，ts为慢衰减时钟计数，δia为a相电流纹波幅值，l为相电感，r为相电阻，vb为相反电势电压，ia为相电流。
[0094]
步骤b、针对于每个衰减分组，将该衰减分组下的每个慢衰减时钟计数代入所述第三变化关系，确定该衰减分组的衰减计数差值与所述相反电势电压之间的第二变化关系。
[0095]
该步骤中，参考于慢衰减时钟计数方程(3)可得出，通过同相的两个不同的特定步
距角之间的衰减计数差值，可确定出步进电机的相反电势电压，因此，可知，两个不同特定步距角之间的衰减计数差值与相反电势电压之间的第二变化关系，即，衰减计数差值方程为：
[0096][0097]
其中，ts1为特定步距角θ1的慢衰减时钟计数，ts2为特定步距角θ2的慢衰减时钟计数，vb1为步进电机在特定步距角θ1时的相反电势电压，vb2为步进电机在特定步距角θ2时的相反电势电压，l为相电感，δia为a相电流纹波幅值。
[0098]
这里，步进电机的相电感l一般为恒定值，结合图2可知，当滞环控制选取δia/2为滞环环宽时，可使每个运行周期的电流纹波幅值一致；即，l*δia为恒定值。
[0099]
在明确了特定步距角之间的衰减计数差值与相反电势电压之间的第二变化关系的情况下，可以借助于衰减计数差值与相反电势电压之间的第二变化关系，确定出衰减计数差值与负载特征量之间的关联关系，以借助于关联关系，确定出步进电机的负载特征量。
[0100]
在一种实施方式中，通过以下步骤确定所述衰减计数差值与所述负载特征量之间的关联关系：
[0101]
步骤c、基于所述步进电机在特定步距角下运行相位差与负载程度之间的第一负载关系，以及所述运行相位差与所述步进电机的相反电势电压之间的第一变化关系，确定所述相反电势电压与所述负载程度之间的第二负载关系。
[0102]
该步骤中，请参阅图3(a)和图3(b)，图3(a)为本技术实施例所提供的轻载条件下电流-电压波形示意图；图3(b)为本技术实施例所提供的重载条件下电流-电压波形示意图。结合图3(a)和图3(b)可以看出，负载的轻重(即负载程度)会影响步进电机的相电流与相反电势电压之间的运行相位差；即，步进电机的运行相位差与负载程度之间存在第一负载关系，具体的结合图3(a)和图3(b)可知，运行相位差越大，表明步进电机的负载越轻；运行相位差越小，表明步进电机的负载越重；即，第一负载关系包括运行相位差与负载程度之间具有负相关关系；
[0103]
进一步的，再结合图3(a)、图3(b)和衰减计数差值方程(4)可知，步进电机在两个特定步距角下的相反电势电压与步进电机的运行相位差之间具有第一变化关系；具体的，两个特定步距角下的相反电势电压变化越大，相电流和相反电势电压之间的相位差越大，即，第一变化关系包括相反电势电压与步进电机的运行相位差之间具有正相关关系；
[0104]
因此，基于第一负载关系和第一变化关系可知，相反电势电压与负载程度之间具有第二负载关系；相反电势电压越大，表明步进电机的负载越轻；相反电势电压越小，表明步进电机的负载越重；即，第二负载关系包括所述相反电势电压与负载程度之间具有负相关关系。
[0105]
步骤d、基于所述第二负载关系以及所述衰减计数差值与所述相反电势电压之间的第二变化关系，确定所述衰减计数差值与所述负载特征量之间的关联关系。
[0106]
该步骤中，基于相反电势电压与负载程度之间的第二负载关系以及衰减计数差值与相反电势电压之间的第二变化关系，可知，步进电机的衰减计数差值与负载程度之间存在第三负载关系；即，可通过衰减计数差值确定出反映负载程度的负载特征量，以通过负载特征量反映步进电机的负载程度，步进电机的衰减计数差值与负载特征量之间存在关联关
系，即，负载特征量方程为：
[0107]
linv ＝ |ts2-ts1| + |ts4-ts3|
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0108]
其中，linv为负载特征量，进一步的，结合图4可知(图4为本技术实施例所提供的一种特定步距角下步进电机慢衰减时钟计数示意图)，ts1、ts2、ts3以及ts4分别为步进电机在不同特定步距角下的慢衰减时钟计数。
[0109]
结合图3(a)、图3(b)、图4以及负载特征量方程(5)可知，步进电机的衰减计数差值越大，步进电机的负载越轻；而步进电机的衰减计数差值越小，步进电机的负载越重；即，衰减计数差值与负载程度之间具有负相关关系。
[0110]
根据上述内容可知，可以借助于步进电机的衰减计数差值来确定步进电机在运行过程中的负载特征量，以通过负载特征量反映步进电机的负载程度；使得负载程度的确定方案不再受到步进电机的相电阻r随温度变化的影响，同时，也不再受电源电压变化的影响。
[0111]
在步骤s101中，为了能够适用于不同微步进模式下的步进电机，在确定步进电机的负载特征量时，从给定步距角选择更具代表性的特定步距角，以用于步进电机负载特征量的计算；具体的，获取步进电机在每个特定步距角下的运行时间计数，以确定出步进电机运行过程中，在每个特定步距角下对应的慢衰减时钟计数。
[0112]
这里，对于特定步距角来说，为了使得步进电机控制信号的信噪比最佳，所选取的、用于确定负载特征量的两个相邻特定步距角之间的角度差值应满足一定的条件，例如，角度差值为90
°
等，因此，在选取特定步距角时需要结合各个给定步距角之间的角度差值。
[0113]
在一种实施方式中，步骤s101包括：
[0114]
s1011、实时获取所述步进电机在每个给定步距角下的运行时间计数。
[0115]
该步骤中，可通过设置于步进电机中的数字电路时钟计数或者mcu定时器时钟，对步进电机运行过程中的运行时间进行监测，实时获取步进电机在每个给定步距角下的运行时间计数。
[0116]
s1012、基于每两个给定步距角之间的角度差值，从多个给定步距角中确定出特定步距角。
[0117]
该步骤中，分别确定每两个给定步距角之间的角度差值，以根据角度差值，从多个给定步距角中确定出适用于确定负载特征量的特定步距角；具体的，可以将角度差值大于或等于预设角度阈值的两个给定步距角确定为特定步距角。
[0118]
示例性的，以步进电机1/4步进模式的一个运行周期为例，步进电机的给定步距角依次为：0度、22.5度、45度、67.5度、90度、112.5度、135度、157.5度、180度、202.5度、225度、247.5度、270度、292.5度、315度、337.5度；结合每两个给定步距角之间的角度差值，确定出特定步距角为45度、135度、225度、315度。
[0119]
s1013、针对于每个特定步距角，将所述步进电机在该特定步距角下的运行时间计数，确定为所述步进电机在该特定步距角下的慢衰减时钟计数。
[0120]
在步骤s102中，结合负载特征量方程(5)可知，需利用不同特定步距角之间的衰减计数差值来确定负载特征量；因此，在确定出特定步距角后，还需进一步地将多个特定步距角划分为多个衰减分组；具体的，可以将相邻的两个特定步距角划分为同一衰减分组，以此得到多个衰减分组。
[0121]
对应于上述实施例，确定出四个特定步距角：45度、135度、225度、315度，可以将45度和135度划分为一衰减分组，将225度和315度划分为一衰减分组，以此得到两个衰减分组；在后续过程中，可以针对于每个衰减分组，利用该衰减分组中每个特定步距角的慢衰减时钟计数，确定该衰减分组的衰减计数差值。
[0122]
在一种实施方式中，步骤s102包括：
[0123]
s1021、针对于每个衰减分组，基于该衰减分组中两个特定步距角的慢衰减时钟计数，确定该衰减分组的分组计数差值。
[0124]
该步骤中，针对于划分出的每个衰减分组，基于该衰减分组中每个特定步距角的慢衰减时钟计数，通过求差值的方式，确定出该衰减分组的分组计数差值。
[0125]
s1022、将所述分组计数差值的绝对值，确定为该衰减分组的衰减计数差值。
[0126]
在步骤s103中，利用每个衰减分组的衰减计数差值，确定出步进电机在当前控制策略下的负载特征量，以通过负载特征量反映出步进电机的负载程度；其中，所述负载特征量与所述负载程度之间具有负相关关系。
[0127]
在一种实施方式中，步骤s103包括：
[0128]
s1031、依据所述衰减计数差值与所述负载特征量之间的关联关系，利用每个衰减分组的衰减计数差值，确定所述步进电机的负载特征量。
[0129]
该步骤中，将确定出的每个衰减分组的衰减计数差值，以结合于步进电机的衰减计数差值与负载特征量之间存在关联关系(即，负载特征量方程(5))，确定出能够用于表示负载程度的负载特征量。
[0130]
在一种实施方式中，所述负载检测方法还包括：基于所述负载特征量，调整所述步进电机的给定转速。
[0131]
该步骤中，通常步进电机运行到一定转速后，若要求其转速仍继续上升，步进电机的输出转矩就会下降；因此，步进电机加速运行到高转速的过程中可能会由于带载能力不足而发生失步的问题；因此，在确定出反映了负载程度的负载特征量之后，可以结合负载特征量，调整步进电机的给定转速，以避免步进电机出现失步的问题；具体的，在当前负载特征量下，当步进电机运行在高转速区间时，若检测到当前负载转矩已接近其当前转速下的最大输出转矩，则降低步进电机的给定转速，以防止步进电机由于带载能力不足而发生失步。
[0132]
在一种实施方式中，所述负载检测方法还包括：当所述负载特征量为零时，确定所述步进电机存在堵转异常。
[0133]
该步骤中，当负载特征量(linv)为零时，则表明此时步进电机已存在堵转异常，若预先获取到当前工况条件下负载特征量(linv)的最大值和最小值，则可以根据运行过程中确定出的负载特征量(linv)进一步地量化步进电机负载的轻重程度。
[0134]
本技术实施例提供的步进电机的负载检测方法，基于步进电机在每个特定步距角下的运行时间计数，确定出步进电机在每个特定步距角下对应的慢衰减时钟计数；利用每个衰减分组中每个特定步距角的慢衰减时钟计数，确定每个衰减分组的衰减计数差值；基于每个衰减分组的衰减计数差值，确定步进电机的负载特征量；其中，负载特征量用于反映所述步进电机的负载程度；所述负载特征量与所述负载程度之间具有负相关关系。这样，可以利用步进电机在特定步距角下的慢衰减时钟计数，确定出能够反映步进电机负载程度的
负载特征量，进而，可以根据步进电机的负载特征量，结合步进电机的实际运行工况，对步进电机进行调整，以避免步进电机出现失步或者堵转等问题，可以准确、快速地对步进电机是否会发送故障进行预判；还使得负载程度的确定方案不再受到步进电机的相电阻r随温度变化的影响，同时，也不再受电源电压变化的影响。
[0135]
请参阅图5、图6，图5为本技术实施例所提供的一种步进电机的负载检测装置的结构示意图之一，图6为本技术实施例所提供的一种步进电机的负载检测装置的结构示意图之二。如图5中所示，所述负载检测装置500包括：
[0136]
计数获取模块510，用于基于所述步进电机在每个特定步距角下的运行时间计数，确定出所述步进电机在每个特定步距角下对应的慢衰减时钟计数；
[0137]
差值确定模块520，用于利用每个衰减分组中每个特定步距角的慢衰减时钟计数，确定每个衰减分组的衰减计数差值；
[0138]
特征量确定模块530，用于基于每个衰减分组的衰减计数差值，确定所述步进电机的负载特征量；其中，所述负载特征量用于反映所述步进电机的负载程度；所述负载特征量与所述负载程度之间具有负相关关系。
[0139]
进一步的，所述计数获取模块510在用于基于所述步进电机在每个特定步距角下的运行时间计数，确定出所述步进电机在每个特定步距角下对应的慢衰减时钟计数时，所述计数获取模块510用于：
[0140]
实时获取所述步进电机在每个给定步距角下的运行时间计数；
[0141]
基于每两个给定步距角之间的角度差值，从多个给定步距角中确定出特定步距角；
[0142]
针对于每个特定步距角，将所述步进电机在该特定步距角下的运行时间计数，确定为所述步进电机在该特定步距角下的慢衰减时钟计数。
[0143]
进一步的，所述差值确定模块520在用于利用每个衰减分组中每个特定步距角的慢衰减时钟计数，确定每个衰减分组的衰减计数差值时，所述差值确定模块520用于：
[0144]
针对于每个衰减分组，基于该衰减分组中两个特定步距角的慢衰减时钟计数，确定该衰减分组的分组计数差值；
[0145]
将所述分组计数差值的绝对值，确定为该衰减分组的衰减计数差值。
[0146]
进一步的，所述特征量确定模块530在用于基于每个衰减分组的衰减计数差值，确定所述步进电机的负载特征量时，所述特征量确定模块530用于：
[0147]
依据所述衰减计数差值与所述负载特征量之间的关联关系，利用每个衰减分组的衰减计数差值，确定所述步进电机的负载特征量。
[0148]
进一步的，所述负载检测装置500还包括特征量确定模块530，所述特征量确定模块530用于通过以下步骤确定所述衰减计数差值与所述负载特征量之间的关联关系：
[0149]
基于所述步进电机在特定步距角下运行相位差与负载程度之间的第一负载关系，以及所述运行相位差与所述步进电机的相反电势电压之间的第一变化关系，确定所述相反电势电压与所述负载程度之间的第二负载关系；
[0150]
基于所述第二负载关系以及所述衰减计数差值与所述相反电势电压之间的第二变化关系，确定所述衰减计数差值与所述负载特征量之间的关联关系。
[0151]
进一步的，所述特征量确定模块530用于通过以下步骤确定所述衰减计数差值与
所述相反电势电压之间的第二变化关系：
[0152]
在所述步进电机处于慢衰减工作时间段内，所述步进电机的相电压为零的情况下，构建所述慢衰减时钟计数、所述步进电机的相电流以及所述相反电势电压之间的第三变化关系；
[0153]
针对于每个衰减分组，将该衰减分组下的每个慢衰减时钟计数代入所述第三变化关系，确定该衰减分组的衰减计数差值与所述相反电势电压之间的第二变化关系。
[0154]
进一步的，所述第一负载关系包括所述运行相位差与所述负载程度之间具有负相关关系；
[0155]
所述第一变化关系包括所述运行相位差与所述相反电势电压之间具有正相关关系；
[0156]
所述第二负载关系包括所述相反电势电压与所述负载程度之间具有负相关关系。
[0157]
进一步的，如图6所示，所述负载检测装置500还包括转速调整模块540，所述转速调整模块540用于：
[0158]
基于所述负载特征量，调整所述步进电机的给定转速。
[0159]
进一步的，如图6所示，所述负载检测装置500还包括异常确定模块550，所述异常确定模块550用于：
[0160]
当所述负载特征量为零时，确定所述步进电机存在堵转异常。
[0161]
本技术实施例提供的步进电机的负载检测装置，基于步进电机在每个特定步距角下的运行时间计数，确定出步进电机在每个特定步距角下对应的慢衰减时钟计数；利用每个衰减分组中每个特定步距角的慢衰减时钟计数，确定每个衰减分组的衰减计数差值；基于每个衰减分组的衰减计数差值，确定步进电机的负载特征量；其中，负载特征量用于反映所述步进电机的负载程度；所述负载特征量与所述负载程度之间具有负相关关系。这样，可以利用步进电机在特定步距角下的慢衰减时钟计数，确定出能够反映步进电机负载程度的负载特征量，进而，可以根据步进电机的负载特征量，结合步进电机的实际运行工况，对步进电机进行调整，以避免步进电机出现失步或者堵转等问题，可以准确、快速地对步进电机是否会发送故障进行预判；还使得负载程度的确定方案不再受到步进电机的相电阻r随温度变化的影响，同时，也不再受电源电压变化的影响。
[0162]
请参阅图7，图7为本技术实施例所提供的一种电子设备的结构示意图。如图7中所示，所述电子设备700包括处理器710、存储器720和总线730。
[0163]
所述存储器720存储有所述处理器710可执行的机器可读指令，当电子设备700运行时，所述处理器710与所述存储器720之间通过总线730通信，所述机器可读指令被所述处理器710执行时，可以执行如上述图1所示方法实施例中的步进电机的负载检测方法的步骤，具体实现方式可参见方法实施例，在此不再赘述。
[0164]
本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时可以执行如上述图1所示方法实施例中的步进电机的负载检测方法的步骤，具体实现方式可参见方法实施例，在此不再赘述。
[0165]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0166]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以
通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0167]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0168]
另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
[0169]
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0170]
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本技术的具体实施方式，用以说明本技术的技术方案，而非对其限制，本技术的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种步进电机的负载检测方法，其特征在于，所述负载检测方法包括：基于所述步进电机在每个特定步距角下的运行时间计数，确定出所述步进电机在每个特定步距角下对应的慢衰减时钟计数；利用每个衰减分组中每个特定步距角的慢衰减时钟计数，确定每个衰减分组的衰减计数差值；基于每个衰减分组的衰减计数差值，确定所述步进电机的负载特征量；其中，所述负载特征量用于反映所述步进电机的负载程度；所述负载特征量与所述负载程度之间具有负相关关系。2.根据权利要求1所述的负载检测方法，其特征在于，所述基于所述步进电机在每个特定步距角下的运行时间计数，确定出所述步进电机在每个特定步距角下对应的慢衰减时钟计数，包括：实时获取所述步进电机在每个给定步距角下的运行时间计数；基于每两个给定步距角之间的角度差值，从多个给定步距角中确定出特定步距角；针对于每个特定步距角，将所述步进电机在该特定步距角下的运行时间计数，确定为所述步进电机在该特定步距角下的慢衰减时钟计数。3.根据权利要求1所述的负载检测方法，其特征在于，所述利用每个衰减分组中每个特定步距角的慢衰减时钟计数，确定每个衰减分组的衰减计数差值，包括：针对于每个衰减分组，基于该衰减分组中两个特定步距角的慢衰减时钟计数，确定该衰减分组的分组计数差值；将所述分组计数差值的绝对值，确定为该衰减分组的衰减计数差值。4.根据权利要求1所述的负载检测方法，其特征在于，所述基于每个衰减分组的衰减计数差值，确定所述步进电机的负载特征量，包括：依据所述衰减计数差值与所述负载特征量之间的关联关系，利用每个衰减分组的衰减计数差值，确定所述步进电机的负载特征量。5.根据权利要求4所述的负载检测方法，其特征在于，通过以下步骤确定所述衰减计数差值与所述负载特征量之间的关联关系：基于所述步进电机在特定步距角下运行相位差与负载程度之间的第一负载关系，以及所述运行相位差与所述步进电机的相反电势电压之间的第一变化关系，确定所述相反电势电压与所述负载程度之间的第二负载关系；基于所述第二负载关系以及所述衰减计数差值与所述相反电势电压之间的第二变化关系，确定所述衰减计数差值与所述负载特征量之间的关联关系。6.根据权利要求5所述的负载检测方法，其特征在于，通过以下步骤确定所述衰减计数差值与所述相反电势电压之间的第二变化关系：在所述步进电机处于慢衰减工作时间段内，所述步进电机的相电压为零的情况下，构建所述慢衰减时钟计数、所述步进电机的相电流以及所述相反电势电压之间的第三变化关系；针对于每个衰减分组，将该衰减分组下的每个慢衰减时钟计数代入所述第三变化关系，确定该衰减分组的衰减计数差值与所述相反电势电压之间的第二变化关系。7.根据权利要求5所述的负载检测方法，其特征在于，所述第一负载关系包括所述运行
相位差与所述负载程度之间具有负相关关系；所述第一变化关系包括所述运行相位差与所述相反电势电压之间具有正相关关系；所述第二负载关系包括所述相反电势电压与所述负载程度之间具有负相关关系。8.根据权利要求1所述的负载检测方法，其特征在于，所述负载检测方法还包括：基于所述负载特征量，调整所述步进电机的给定转速。9.根据权利要求1所述的负载检测方法，其特征在于，所述负载检测方法还包括：当所述负载特征量为零时，确定所述步进电机存在堵转异常。10.一种步进电机的负载检测装置，其特征在于，所述负载检测装置包括：计数获取模块，用于基于所述步进电机在每个特定步距角下的运行时间计数，确定出所述步进电机在每个特定步距角下对应的慢衰减时钟计数；差值确定模块，用于利用每个衰减分组中每个特定步距角的慢衰减时钟计数，确定每个衰减分组的衰减计数差值；特征量确定模块，用于基于每个衰减分组的衰减计数差值，确定所述步进电机的负载特征量；其中，所述负载特征量用于反映所述步进电机的负载程度；所述负载特征量与所述负载程度之间具有负相关关系。

技术总结
本申请提供了一种步进电机的负载检测方法及装置，基于步进电机在每个特定步距角下的运行时间计数，确定出步进电机在每个特定步距角下对应的慢衰减时钟计数；利用每个衰减分组中每个特定步距角的慢衰减时钟计数，确定每个衰减分组的衰减计数差值；基于每个衰减分组的衰减计数差值，确定步进电机的负载特征量；其中，负载特征量用于反映所述步进电机的负载程度；负载特征量与所述负载程度之间具有负相关关系。这样，可以利用步进电机在特定步距角下的慢衰减时钟计数，确定出能够反映步进电机负载程度的负载特征量。载程度的负载特征量。载程度的负载特征量。


技术研发人员：侯永乐 李柳莹 仝晨安
受保护的技术使用者：拓尔微电子股份有限公司
技术研发日：2023.06.26
技术公布日：2023/9/25