【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及数据处理的，特别涉及一种基于负载扭矩的步进电机控制方法及装置。
技术介绍
1、步进电机作为一种能够实现高精度定位和稳定输出扭矩的设备，广泛应用于数控机床、机器人和自动化设备。然而，由于步进电机在工作过程中容易受到负载变化的影响，当负载增加导致扭矩需求超过步进电机的额定范围时，电机会出现失步现象，影响设备的正常运行。传统的步进电机控制方法大多依赖固定的电流或电压参数调节，缺乏对实时负载情况的精确反馈，难以实现对负载扭矩的准确估算和动态调节。因此，针对负载变化带来的电机失步风险，开发一种基于负载扭矩检测的电机控制方法，显得尤为重要。
2、现有的负载扭矩检测方案通常依赖于附加的传感器，直接测量负载变化所产生的机械力或扭矩。虽然这种方法能在一定程度上提高负载监测的准确性，但需要额外的硬件支持，增加了系统的成本和复杂性，且在狭小空间或极端环境中难以实现。同时，这些附加传感器通常会受环境因素如温度和湿度影响，可能导致测量精度下降，无法满足复杂工业环境的需求。因此，在不增加硬件复杂度的前提下，通过现有的电流和电压信号对负载扭矩进行实时检测成为研究的关键方向。然而，实现该方案的技术难点在于，如何通过电机绕组的电流零点和电压换向点来推算负载扭矩，并在不同负载条件下动态调节电流，从而确保步进电机的稳定性。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的为提供一种基于负载扭矩的步进电机控制方法及装置，以解决步进电机在负载变化时容易出现失步、系统控制响应滞后、以及现有技术中传感器依赖性高
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于负载扭矩的步进电机控制方法，包括：采集步进电机绕组的电流信号和电压信号，并将所述电流信号和所述电压信号由模拟信号分别转换为数字信号；对采集的电流信号进行数字滤波，并与预设的目标正弦电流参考值比较，计算电流偏差；在所述电流偏差大于预设阈值的情况下，根据所述电流偏差生成目标pwm信号，并基于所述目标pwm信号调整所述步进电机绕组的电流，直至所述步进电机绕组的电流偏差小于等于所述预设阈值；在所述电流偏差小于等于所述预设阈值的情况下，根据采集的电压信号，确定电压换向点发生的第一时间戳和绕组电流的零点位置对应的第二时间戳；基于所述第一时间戳和所述第二时间戳，确定绕组电压换向与电流零点之间的时间间隔；结合预设的空载时间和失步时间，对所述时间间隔进行计算处理，得到所述步进电机的当前负载状态和负载扭矩值；根据所述步进电机的当前负载状态和负载扭矩值，对所述步进电机的工作电流进行调整，以优化所述步进电机的工作效率。
3、本专利技术还提供了一种基于负载扭矩的步进电机控制装置，包括：采集单元，用于采集步进电机绕组的电流信号和电压信号，并将所述电流信号和所述电压信号由模拟信号分别转换为数字信号；比较单元，用于对采集的电流信号进行数字滤波，并与预设的目标正弦电流参考值比较，计算电流偏差；第一调整单元，用于在所述电流偏差大于预设阈值的情况下，根据所述电流偏差生成目标pwm信号，并基于所述目标pwm信号调整所述步进电机绕组的电流，直至所述步进电机绕组的电流偏差小于等于所述预设阈值；第一确定单元，用于在所述电流偏差小于等于所述预设阈值的情况下，根据采集的电压信号，确定电压换向点发生的第一时间戳和绕组电流的零点位置对应的第二时间戳；第二确定单元，用于基于所述第一时间戳和所述第二时间戳，确定绕组电压换向与电流零点之间的时间间隔；获取单元，用于结合预设的空载时间和失步时间，对所述时间间隔进行计算处理，得到所述步进电机的当前负载状态和负载扭矩值；第二调整单元，用于根据所述步进电机的当前负载状态和负载扭矩值，对所述步进电机的工作电流进行调整，以优化所述步进电机的工作效率。
4、本专利技术还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述方法的步骤。
5、本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，其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上述任一项所述的方法的步骤。
6、本专利技术提供的基于负载扭矩的步进电机控制方法及装置，通过对步进电机绕组的电流和电压信号进行实时检测和反馈，本专利技术能够在无需增加额外传感器的前提下，精确估算负载扭矩，实现对步进电机运行状态的高效监测与动态调节，从而提高步进电机的工作稳定性和定位精度。此外，本专利技术通过数字滤波和pwm信号调节的方法，确保在不同的负载条件下步进电机能够适应变化，避免失步现象，从而大幅度提高步进电机的可靠性和使用寿命。
7、该专利技术的显著优点在于，通过仅依赖于步进电机内部的电流和电压信号，结合电流零点与电压换向点的时序数据来确定负载扭矩，实现了无需附加传感器的情况下对负载变化进行准确估算的功能。因此，本专利技术在降低系统硬件复杂性和成本的同时，提高了控制精度与适应性，尤其适合在复杂工业环境中使用
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1.一种基于负载扭矩的步进电机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的步进电机控制方法，其特征在于，对采集的电流信号进行数字滤波，并与预设的目标正弦电流参考值比较，计算电流偏差，包括：
3.根据权利要求1所述的步进电机控制方法，其特征在于，根据所述电流偏差生成目标PWM信号，并基于所述目标PWM信号调整所述步进电机绕组的电流，包括：
4.根据权利要求1所述的步进电机控制方法，其特征在于，结合预设的空载时间和失步时间，对所述时间间隔进行计算处理，得到所述步进电机的当前负载状态和负载扭矩值，包括：
5.根据权利要求4所述的步进电机控制方法，其特征在于，采用聚类算法对所述历史运行数据中的电机空载特征和失步特征进行分类建模，结合所述当前运行数据得到动态的空载时间数据和失步时间数据，包括：
6.根据权利要求4所述的步进电机控制方法，其特征在于，将所述时间间隔、所述动态的空载时间数据和所述动态的失布时间数据进行模糊化处理，并映射为模糊集合，并通过模糊神经网络对所述模糊集合进行数据处理推断出所述步进电机的当前负载
7.根据权利要求4所述的步进电机控制方法，其特征在于，对不同的负载状态和时间间隔之间的关系进行非线性拟合处理，并将所述步进电机的当前负载状态带入至非线性拟合处理的结果中，得到所述步进电机的当前负载扭矩值，包括：
8.一种基于负载扭矩的步进电机控制装置，其特征在于，包括：
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种基于负载扭矩的步进电机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的步进电机控制方法，其特征在于，对采集的电流信号进行数字滤波，并与预设的目标正弦电流参考值比较，计算电流偏差，包括：
3.根据权利要求1所述的步进电机控制方法，其特征在于，根据所述电流偏差生成目标pwm信号，并基于所述目标pwm信号调整所述步进电机绕组的电流，包括：
4.根据权利要求1所述的步进电机控制方法，其特征在于，结合预设的空载时间和失步时间，对所述时间间隔进行计算处理，得到所述步进电机的当前负载状态和负载扭矩值，包括：
5.根据权利要求4所述的步进电机控制方法，其特征在于，采用聚类算法对所述历史运行数据中的电机空载特征和失步特征进行分类建模，结合所述当前运行数据得到动态的空载时间数据和失步时间数据，包括：
6.根据权利要求4所述的步进电机控制方...
【专利技术属性】
技术研发人员：林浩，林鸿武，
申请(专利权)人：深圳率能半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：
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