一种步进电机补偿方法及装置与流程

1.本发明涉及步进电机技术领域，尤其涉及一种步进电机补偿方法、装置。


背景技术：

2.步进电机的一大优点是其简单、低成本和易于使用操作。另外，步进电机的构造使其具有相对的高的保持力矩，这是许多应用的理想选择。步进电机是最常见的控制通过开环p/d(脉冲和方向)命令。当负载过大，运行时间过长，供电不稳定等情况时，会发生丢步、失步等不良情况，这些不良情况会大大影响系统工作精度，影响正常的生产和生活。
3.现有的步进电机补偿方法，虽也有通过光栅编码器实现闭环控制步进电机补偿，但大多数高精度闭环控制补偿的成本高、且对工作环境的要求高，操作困难；而成本较低的磁编码器闭环补偿则无法达到高精度的补偿要求。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种步进电机补偿方法及装置，以解决现有步进电机补偿方法中无法在降低步进电机补偿成本的前提下实现高精度闭环补偿的技术问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种步进电机补偿方法，包括：
6.根据外部指令开启补偿模式，检测步进电机的运动状态，并根据所述运动状态进入闭环补偿；
7.进入闭环补偿后，根据步进电机当前的运动信息计算补偿信息；并根据所述补偿信息和补偿规则对步进电机进行多次补偿，直至所述补偿信息达到预设条件，停止补偿并退出闭环补偿模式。
8.本发明通过外部指令即可打开步进电机的补偿检测，无需在特定的而工作环境进行操作，操作简便，降低了补偿成本；且通过检测运动状态进入闭环补偿模式后，根据补偿信息和预设的补偿规则对步进电机进行多次补偿，使得步进电机达到更高的精度，保证了步进电机的精度；同时，基于步进电机的补偿信息退出闭环补偿，当步进电机精度达到预设值时，及时退出闭环控制，避免步进电机在补偿精度达到预设值时，重复进行无效补偿。
9.进一步地，所述进入闭环补偿后，根据步进电机当前的运动信息计算补偿信息；并根据所述补偿信息和补偿规则对步进电机进行多次补偿，直至所述补偿信息达到预设条件，停止补偿并退出闭环补偿模式，具体为：
10.进入闭环补偿后，获取步进电机当前的运动信息，根据所述运动信息计算补偿信息；所述补偿信息包括补偿值、补偿误差和补偿次数；
11.根据所述补偿信息和补偿规则控制步进电机进行多次补偿；在多次补偿过程中，每一次补偿完成后均对所述补偿信息进行更新；
12.若更新后的补偿误差或补偿次数达到预设条件时，停止补偿并退出闭环补偿模式。
13.本发明通过在闭环补偿中，根据步进电机的运动信息计算补偿信息，并根据补偿
信息和预设的补偿规则控制步进电机实现多次补偿，使得步进电机在多次补偿后达到更高的精度，确保步进电机运动精确度。
14.进一步地，所述获取步进电机当前的运动信息，根据所述运动信息计算补偿信息，具体为：
15.通过位置传感器获取步进电机当前的运动位置，并根据所述运动位置获取运动信息；
16.根据所述运动信息结合补偿算法计算补偿误差，并根据所述补偿误差计算补偿值。
17.本发明通过位置传感器获取步进电机的运动位置，操作简便，对工作环境无过高要求；并且通过运动位置和补偿算法计算补偿值和补偿误差进行补偿，确保步进电机在每一次补偿后达到更高的精度。
18.进一步地，所述根据所述补偿信息和补偿规则控制步进电机进行多次补偿；在多次补偿过程中，每一次补偿完成后均对所述补偿信息进行更新，具体为：
19.每次开始补偿前，根据所述补偿值确认补偿方向，并根据所述补偿方向和预设步长控制步进电机运动；其中，所述补偿方向包括正向补偿和反向补偿；
20.获取步进电机运动后的第二运动信息，根据所述第二运动信息更新所述补偿信息。
21.本发明通过每次补偿前根据补偿值确认补偿的方向，通过多方向补偿使得步进电机在补偿时能够达到更高精度，同时根据预设步长控制步进电机进行运动补偿，使得步进电机的运动补偿更加精细；此外，在每一次补偿后，均对补偿信息进行更新以调节步进电机的精度。
22.进一步地，在所述根据外部指令开启补偿模式，检测步进电机的运动状态，并根据所述运动状态进入闭环补偿，还包括：
23.预设外部指令，所述外部指令包括补偿条件和补偿规则；
24.初始化所述外部指令，检测步进电机的控制状态；所述控制状态包括步进使能状态和步进去使能状态；
25.当所述控制状态为使能状态时控制步进电机进入补偿模式。
26.本发明通过预设的外部指令设置步进电机运动补偿的补偿条件和规则，通过指令形式简单地加载到控制器和配置即可打开或关闭补偿模式，操作简便，降低了补偿成本。
27.第二方面，本发明实施例还提供了一种步进电机补偿装置，包括：闭环控制模块和闭环补偿模块；
28.所述闭环控制模块，用于根据外部指令开启补偿模式，检测步进电机的运动状态，并根据所述运动状态进入闭环补偿；
29.所述闭环补偿模块，用于进入闭环补偿后，根据步进电机当前的运动信息计算补偿信息；并根据所述补偿信息和补偿规则对步进电机进行多次补偿，直至所述补偿信息达到预设条件，停止补偿并退出闭环补偿模式。
30.进一步地，所述闭环补偿模块，具体用于：
31.进入闭环补偿后，获取步进电机当前的运动信息，根据所述运动信息计算补偿信息；所述补偿信息包括补偿值、补偿误差和补偿次数；
32.根据所述补偿信息和补偿规则控制步进电机进行多次补偿；在多次补偿过程中，每一次补偿完成后均对所述补偿信息进行更新；
33.若更新后的补偿误差或补偿次数达到预设条件时，停止补偿并退出闭环补偿模式。
34.进一步地，所述闭环补偿模块，还用于：
35.通过位置传感器获取步进电机当前的运动位置，并根据所述运动位置获取运动信息；
36.根据所述运动信息结合补偿算法计算补偿误差，并根据所述补偿误差计算补偿值。
37.进一步地，所述闭环补偿模块，还用于：
38.每次开始补偿前，根据所述补偿值确认补偿方向，并根据所述补偿方向和预设步长控制步进电机运动；其中，所述补偿方向包括正向补偿和反向补偿；
39.获取步进电机运动后的第二运动信息，根据所述第二运动信息更新所述补偿信息。
40.进一步地，所述闭环控制模块，还用于：
41.预设外部指令，所述外部指令包括补偿条件和补偿规则；
42.初始化所述外部指令，检测步进电机的控制状态；所述控制状态包括步进使能状态和步进去使能状态；
43.当所述控制状态为使能状态时控制步进电机进入补偿模式。
附图说明
44.图1为本发明实施例提供的步进电机补偿方法的一种流程示意图；
45.图2为本发明实施例提供的步进电机补偿方法的一种结构示意图；
46.图3为本发明实施例提供的步进电机补偿方法的另一种流程示意图；
47.图4为本发明实施例提供的步进电机补偿装置的另一种结构示意图。
具体实施方式
48.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作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。
49.实施例一
50.请参照图1，图1为本发明实施例提供的步进电机补偿方法的一种流程示意图，包括步骤101至步骤102，具体如下：
51.步骤101：根据外部指令开启补偿模式，检测步进电机的运动状态，并根据所述运动状态进入闭环补偿；
52.在本实施例中，在所述根据外部指令开启补偿模式，检测步进电机的运动状态，并根据所述运动状态进入闭环补偿，还包括：
53.预设外部指令，所述外部指令包括补偿条件和补偿规则；
54.初始化所述外部指令，检测步进电机的控制状态；所述控制状态包括步进使能状态和步进去使能状态；
55.当所述控制状态为使能状态时控制步进电机进入补偿模式。
56.在本实施例中，预设外部指令，所述外部指令中制定了补偿条件和补偿规则；所述补偿条件具体包括最大补偿次数和最小补偿误差；所述补偿规则中指定根据补偿算法控制步进电机多次进行运动补偿，并根据当步进电机的补偿信息达到预设的补偿条件时，则退出闭环补偿。
57.在本实施例中，将所述外部指令加载到步进电机控制器中，初始化外部指令，开始检测步进电机的控制状态；当所述控制状态为步进使能状态时，进入补偿模式。
58.在本实施例中，通过外部指令检测进入闭环补偿后，对步进电机的运动状态进行检测，每当步进电机运动完成后，进入闭环补偿。
59.在本实施例中，通过预设的外部指令设置步进电机运动补偿的补偿条件和规则，通过指令形式简单地加载到控制器和配置即可打开或关闭补偿模式，操作简便，降低了补偿成本。
60.步骤102：进入闭环补偿后，根据运动信息计算补偿信息；并根据所述补偿信息和补偿规则对步进电机进行多次补偿，直至所述补偿信息达到预设条件，停止补偿并退出闭环补偿模式。
61.在本实施例在，所述进入闭环补偿后，根据步进电机当前的运动信息计算补偿信息；并根据所述补偿信息和补偿规则对步进电机进行多次补偿，直至所述补偿信息达到预设条件，停止补偿并退出闭环补偿模式，具体为：
62.进入闭环补偿后，获取步进电机当前的运动信息，根据所述运动信息计算补偿信息；所述补偿信息包括补偿值、补偿误差和补偿次数；
63.根据所述补偿信息和补偿规则控制步进电机进行多次补偿；在多次补偿过程中，每一次补偿完成后均对所述补偿信息进行更新；
64.若更新后的补偿误差或补偿次数达到预设条件时，停止补偿并退出闭环补偿模式。
65.在本实施例中，通过检测运动状态，在步进电机运动时进行开环控制，步进电机运动停止时进行闭环补偿。在进入闭环补偿模式后进行补偿控制，此时外部指令输入无效。
66.作为本发明实施例的一种具体举例，通过外部指令设置闭环补偿控制的标记k和k1；当步进电机运动时设置k＝1,k1＝0,此时为开环控制方式。步进电机运动结束后设置k＝0,k1＝1，以此控制闭环补偿。
67.在本实施例中，进入闭环补偿后，记录补偿次数，并根据步进电机的运动信息计算补偿值和补偿误差；所述运动信息包括运动完成后的位置根据所述补偿值控制步进电机进行运动补偿；通过完成运动补偿后，根据步进电机运动更新补偿信息，直至所述补偿信息达到预设的补偿条件，则退出闭环补偿。
68.在本实施例中，通过在闭环补偿中，根据步进电机的运动信息计算补偿信息，并根据补偿信息和预设的补偿规则控制步进电机实现多次补偿，使得步进电机在多次补偿后达到更高的精度，确保步进电机运动精确度。
69.在本实施例中，所述获取步进电机当前的运动信息，根据所述运动信息计算补偿
信息，具体为：
70.通过位置传感器获取步进电机当前的运动位置，并根据所述运动位置获取运动信息；
71.根据所述运动信息结合补偿算法计算补偿误差，并根据所述补偿误差计算补偿值。
72.在本实施例中，在开启补偿模式后，检测步进电机的运动状态，当步进电机运动结束后进入闭环补偿。进入闭环补偿后，通过位置传感器获取步进电机当前运动位置，并通过所述运动位置获取运动信息，从而结合补偿算法计算补偿值和补偿误差。
73.在本实施例中，在运动开始前需记录上一次运动完成后的第一命令值cmdpos1、第一位置值actpos1。在运动结束后，通过位置传感器记录步进电机运动完成后的第二命令值cmdpos2、第二位置值actpos2。并根据步进电机上一次运动的位置和步进电机当前运动位置，计算步进电机的补偿误差，从而计算补偿值，所述补偿值u的计算方式具体为：
74.u＝(cmdpos2-cmdpos1)-(actpos2-actpos1)*a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
75.其中，a为步进电机转动一圈的电角度，具体的步进电机转动一圈＝1count＝10.24(电角度)。
76.在本实施例中，通过位置传感器获取步进电机的运动位置，操作简便，对工作环境无过高要求；并且通过运动位置和补偿算法计算补偿值和补偿误差进行补偿，确保步进电机在每一次补偿后达到更高的精度。
77.在本实施例中，所述根据所述补偿信息和补偿规则控制步进电机进行多次补偿；在多次补偿过程中，每一次补偿完成后均对所述补偿信息进行更新，具体为：
78.每次开始补偿前，根据所述补偿值确认补偿方向，并根据所述补偿方向和预设步长控制步进电机运动；其中，所述补偿方向包括正向补偿和反向补偿；
79.获取步进电机运动后的第二运动信息，根据所述第二运动信息更新所述补偿信息。
80.在本实施例中，通过所述补偿值确认步进电机的补偿方向，若所述补偿值大于0，则控制步进电机进行正向补偿，若所述补偿值小于0，则控制步进电机进行反向补偿。
81.在本实施例中，确认补偿方向控根据所述补偿值的绝对值，逐步下发电角度，并以控制步进电机运动补偿；同时在下发电角度时，根据预设步长为1的增量的方式下发命令。
82.在本实施例中，每一次控制步进电机进行运动补偿后，获取步进电机运动后的第二运动信息，所述第二运动信息包括步进电机运动补偿后的运动位置，并根据所述运动位置重新计算补偿误差和补偿值。
83.在本实施例中，步进电机的补偿条件具体包括最大补偿次数和最小补偿误差，所述最大补偿次数具体设置为100次，所述最小补偿误差具体为10cout；每当步进电机完成一次运动补偿后，更新步进电机本次运动补偿的补偿信息，当所述补偿误差小于10cout或所述补偿次数不小于100次时，则退出闭环补偿。
84.在本实施例中，通过每次补偿前根据补偿值确认补偿的方向，通过多方向补偿使得步进电机在补偿时能够达到更高精度，同时根据预设步长控制步进电机进行运动补偿，使得步进电机的运动补偿更加精细；此外，在每一次补偿后，均对补偿信息进行更新以调节步进电机的精度。
85.请参照图2，图2为本发明实施例提供的步进电机补偿方法的一种结构示意图，包括闭环控制模块201和闭环补偿模块202；
86.所述闭环控制模块201，用于根据外部指令开启补偿模式，检测步进电机的运动状态，并根据所述运动状态进入闭环补偿；
87.所述闭环补偿模块202，用于进入闭环补偿后，根据步进电机当前的运动信息计算补偿信息；并根据所述补偿信息和补偿规则对步进电机进行多次补偿，直至所述补偿信息达到预设条件，停止补偿并退出闭环补偿模式。
88.在本实施例中，所述闭环补偿模块202，具体用于：
89.进入闭环补偿后，获取步进电机当前的运动信息，根据所述运动信息计算补偿信息；所述补偿信息包括补偿值、补偿误差和补偿次数；
90.根据所述补偿信息和补偿规则控制步进电机进行多次补偿；在多次补偿过程中，每一次补偿完成后均对所述补偿信息进行更新；
91.若更新后的补偿误差或补偿次数达到预设条件时，停止补偿并退出闭环补偿模式。
92.在本实施例中，所述闭环补偿模块202，还用于：
93.通过位置传感器获取步进电机当前的运动位置，并根据所述运动位置获取运动信息；
94.根据所述运动信息结合补偿算法计算补偿误差，并根据所述补偿误差计算补偿值。
95.在本实施例中，所述闭环补偿模块202，还用于：
96.每次开始补偿前，根据所述补偿值确认补偿方向，并根据所述补偿方向和预设步长控制步进电机运动；其中，所述补偿方向包括正向补偿和反向补偿；
97.获取步进电机运动后的第二运动信息，根据所述第二运动信息更新所述补偿信息。
98.在本实施例中，所述闭环控制模块，还用于：
99.预设外部指令，所述外部指令包括补偿条件和补偿规则；
100.初始化所述外部指令，检测步进电机的控制状态；所述控制状态包括步进使能状态和步进去使能状态；
101.当所述控制状态为使能状态时控制步进电机进入补偿模式。
102.在本实施例中，通过外部指令即可打开步进电机的补偿检测，无需在特定的而工作环境进行操作，操作简便，降低了补偿成本；且通过检测运动状态进入闭环补偿模式后，根据补偿信息和预设的补偿规则对步进电机进行多次补偿，使得步进电机达到更高的精度，保证了步进电机的精度；同时，基于步进电机的补偿信息退出闭环补偿，当步进电机精度达到预设值时，及时退出闭环控制，避免步进电机在补偿精度达到预设值时，重复进行无效补偿。
103.请参照图3，图3为本发明实施例提供的步进电机补偿方法的另一种流程示意图。
104.在本实施例中，初始化外部指令，并检测步进电机的控制状态，当所述控制状态为步进使能状态时，开启补偿模式；并检测步进电机的运动状态。当步进电机运动时进行开环控制，运动停止时进行闭环补偿。在进入闭环补偿模式后进行补偿控制，此时外部指令输入
无效。从位置传感器读取运动完成后的位置，计算需要补偿值。根据补偿值确认补偿的方向进行正向补偿或反向补偿。重复多次补偿，直至步进电机当前闭环补偿的闭环次数和补偿后误差值，达到设定条件后结束补偿。
105.请参照图4，图4为本发明实施例提供的步进电机补偿装置的另一种结构示意图。
106.在本实施例中，所述步进电机补偿装置具体包括stepper current loop模块、ball screw模块、act pos模块、补偿模块和tartget模块，所述stepper current loop模块用于为步进电机电流环闭环控制。所述ball screw模块用于控制步进电机的丝杠进行运动。所述act pos模块包括位置传感器，具体用于获取步进电机的运动位置。所述补偿模块具体用于根据补偿算法计算步进电机的补偿值，同时，控制闭环补偿控制标记k1。所述tartget模块用于控制步进电机外部输入指令，用于控制闭环补偿控制标记k。当步进电机的闭环补偿控制标记设置为k＝1,k1＝0,控制步进电机退出闭环补偿。当步进电机的闭环补偿控制标记设置为k＝0,k1＝1，控制步进电机进入闭环补偿。
107.在本实施例中，通过外部指令的加载开启对步进电机的闭环补偿，通过运动信息计算补偿值以此高精度控制步进电机和丝杆进行运动，在保证步进电机高精度的同时降低成本。同时，在软件上实现对步进电机的闭环运行，使得能使用编码器反馈对步进电机的位置进行一个伺服回路的闭环，使步进电机达到更高的精度。以此通过指令形式简单地加载到控制器和经过简单的应用程序特定的配置可以打开或关闭。
108.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种步进电机补偿方法，其特征在于，包括：根据外部指令开启补偿模式，检测步进电机的运动状态，并根据所述运动状态进入闭环补偿；进入闭环补偿后，根据步进电机当前的运动信息计算补偿信息；并根据所述补偿信息和补偿规则对步进电机进行多次补偿，直至所述补偿信息达到预设条件，停止补偿并退出闭环补偿模式。2.如权利要求1所述的步进电机补偿方法，其特征在于，所述进入闭环补偿后，根据步进电机当前的运动信息计算补偿信息；并根据所述补偿信息和补偿规则对步进电机进行多次补偿，直至所述补偿信息达到预设条件，停止补偿并退出闭环补偿模式，具体为：进入闭环补偿后，获取步进电机当前的运动信息，根据所述运动信息计算补偿信息；所述补偿信息包括补偿值、补偿误差和补偿次数；根据所述补偿信息和补偿规则控制步进电机进行多次补偿；在多次补偿过程中，每一次补偿完成后均对所述补偿信息进行更新；若更新后的补偿误差或补偿次数达到预设条件时，停止补偿并退出闭环补偿模式。3.如权利要求2所述的步进电机补偿方法，其特征在于，所述获取步进电机当前的运动信息，根据所述运动信息计算补偿信息，具体为：通过位置传感器获取步进电机当前的运动位置，并根据所述运动位置获取运动信息；根据所述运动信息结合补偿算法计算补偿误差，并根据所述补偿误差计算补偿值。4.如权利要求2所述的步进电机补偿方法，其特征在于，所述根据所述补偿信息和补偿规则控制步进电机进行多次补偿；在多次补偿过程中，每一次补偿完成后均对所述补偿信息进行更新，具体为：每次开始补偿前，根据所述补偿值确认补偿方向，并根据所述补偿方向和预设步长控制步进电机运动；其中，所述补偿方向包括正向补偿和反向补偿；获取步进电机运动后的第二运动信息，根据所述第二运动信息更新所述补偿信息。5.如权利要求1所述的步进电机补偿方法，其特征在于，在所述根据外部指令开启补偿模式，检测步进电机的运动状态，并根据所述运动状态进入闭环补偿，还包括：预设外部指令，所述外部指令包括补偿条件和补偿规则；初始化所述外部指令，检测步进电机的控制状态；所述控制状态包括步进使能状态和步进去使能状态；当所述控制状态为使能状态时控制步进电机进入补偿模式。6.一种步进电机补偿装置，其特征在于，包括：闭环控制模块和闭环补偿模块；所述闭环控制模块，用于根据外部指令开启补偿模式，检测步进电机的运动状态，并根据所述运动状态进入闭环补偿；所述闭环补偿模块，用于进入闭环补偿后，根据步进电机当前的运动信息计算补偿信息；并根据所述补偿信息和补偿规则对步进电机进行多次补偿，直至所述补偿信息达到预设条件，停止补偿并退出闭环补偿模式。7.如权利要求6所述的步进电机补偿装置，其特征在于，所述闭环补偿模块，具体用于：进入闭环补偿后，获取步进电机当前的运动信息，根据所述运动信息计算补偿信息；所述补偿信息包括补偿值、补偿误差和补偿次数；
根据所述补偿信息和补偿规则控制步进电机进行多次补偿；在多次补偿过程中，每一次补偿完成后均对所述补偿信息进行更新；若更新后的补偿误差或补偿次数达到预设条件时，停止补偿并退出闭环补偿模式。8.如权利要求7所述的步进电机补偿装置，其特征在于，所述闭环补偿模块，还用于：通过位置传感器获取步进电机当前的运动位置，并根据所述运动位置获取运动信息；根据所述运动信息结合补偿算法计算补偿误差，并根据所述补偿误差计算补偿值。9.如权利要求7所述的步进电机补偿装置，其特征在于，所述闭环补偿模块，还用于：每次开始补偿前，根据所述补偿值确认补偿方向，并根据所述补偿方向和预设步长控制步进电机运动；其中，所述补偿方向包括正向补偿和反向补偿；获取步进电机运动后的第二运动信息，根据所述第二运动信息更新所述补偿信息。10.如权利要求6所述的步进电机补偿装置，其特征在于，所述闭环控制模块，还用于：预设外部指令，所述外部指令包括补偿条件和补偿规则；初始化所述外部指令，检测步进电机的控制状态；所述控制状态包括步进使能状态和步进去使能状态；当所述控制状态为使能状态时控制步进电机进入补偿模式。

技术总结
本发明公开了一种步进电机补偿方法及装置，包括：根据外部指令开启补偿模式，检测步进电机的运动状态，并根据所述运动状态进入闭环补偿；进入闭环补偿后，根据步进电机当前的运动信息计算补偿信息；并根据所述补偿信息和补偿规则对步进电机进行多次补偿，直至所述补偿信息达到预设条件，停止补偿并退出闭环补偿模式。本发明通过外部指令即可打开步进电机的补偿检测，无需在特定的而工作环境进行操作，操作简便，降低了补偿成本；根据补偿信息和预设的补偿规则对步进电机进行多次补偿，使得步进电机达到更高的精度，保证了步进电机的精度。保证了步进电机的精度。保证了步进电机的精度。


技术研发人员：刘苗 张国平 王光能
受保护的技术使用者：深圳市大族机器人有限公司
技术研发日：2022.12.23
技术公布日：2023/7/31