一种步进电机控制方法及装置
阅读：730发布：2020-05-08
专利汇可以提供一种步进电机控制方法及装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种步进 电机 控制方法及装置，其中，该方法包括：在通过驱动 电压 驱动步进电机转动的过程中，确定所述步进电机在第一时刻的第一负载 角 与第二时刻的第二负载角；判断所述第二负载角是否等于所述第一负载角；在判断结果为否的情况下，根据所述第二负载角与所述第一负载角的差值调整所述驱动电压，使得所述第二负载角等于所述第一负载角，通过实时监测所计算出的负载角来对应调整驱动电压的大小，进而达到动态调整绕组 电流 以匹配外界负载变化的目的，可以解决相关技术中通过额外增加 编码器 等 传感器 进行电流、速度、 位置 采集和反馈，成本高、控制复杂以及步进电机开环控制抗外界干扰能 力 差，导致容易失步的问题。，下面是一种步进电机控制方法及装置专利的具体信息内容。
1.一种步进电机控制方法，其特征在于，包括：
在通过驱动电压驱动步进电机转动的过程中，确定所述步进电机在第一时刻的第一负载角与第二时刻的第二负载角，其中，所述第一负载角、所述第二负载角为所述步进电机各绕组的合成电流与转子的夹角；
判断所述第二负载角是否等于所述第一负载角；
在判断结果为否的情况下，根据所述第二负载角与所述第一负载角的差值调整所述驱动电压，使得所述第二负载角等于所述第一负载角。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述步进电机在第一时刻的第一负载角与第二时刻的第二负载角包括：
获取所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值和对应的驱动电压的最大值，以及获取所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流的最大值和对应的驱动电压的最大值；
分别确定所述步进电机在所述第一时刻和在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角；
根据所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角、所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值及对应的驱动电压的最大值确定所述第一负载角，以及根据所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角、所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流的最大值及对应的驱动电压的最大值确定所述第二负载角。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，获取所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值和对应的驱动电压的最大值，以及获取所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流的最大值和对应的驱动电压的最大值包括：
按照模数转换采样周期采集所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流，得到所述绕组电流的第一电流正弦波；
在所述第一电流正弦波中获取所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值，以及在对应的驱动电压的第一电压正弦波中获取所述驱动电压的最大值；
按照所述模数转换采样周期采集所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流，得到所述绕组电流的第二电流正弦波；
在所述第二电流正弦波中获取所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值以及在对应的驱动电压的第二电压正弦波中获取所述驱动电压的最大值，其中，所述第一时刻与所述第二时刻的时间差大于或等于所述第一电压正弦波或所述第二电压正弦波的周期。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，分别确定所述步进电机在所述第一时刻和在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角包括：
在所述第一电压正弦波中确定所述驱动电压的最大值对应的第一时间、在所述第一电流正弦波中确定所述绕组电流的最大值对应的第二时间，在所述第二电压正弦波中确定所述驱动电压的最大值对应的第三时间、在所述第二电流正弦波中确定所述绕组电流的最大值对应的第四时间；
根据所述第一时间、所述第二时间确定所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角，并根据所述第三时间、所述第四时间确定所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过以下公式根据所述第一时间、所述第二时间确定所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角：
为所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流滞后
于驱动电压的相位滞后角，t1为第一时间，t2为所述第二时间；
通过以下公式根据所述第三时间、所述第四时间确定所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角：
为所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流滞后
于驱动电压的相位滞后角，t3为所述第三时间，t4为所述第四时间；
其中，V为所述步进电机的运动速度，f为第一电压正弦波或所述第二电压正弦波的频率，θ齿距是根据所述步进电机的步距角确定的。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其特征在于，
通过以下公式根据所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角、所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值及对应的驱动电压的最大值确定所述第一负载角：
γ为所述第一负载角，Um为所述驱动电压的最大值，Im
所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值；
通过以下公式所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角、所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流的最大值及对应的驱动电压的最大值确定所述第二负载角：
γ1为所述第二负载角，Im1为所述步进电机在所述
第二时刻的绕组电流的最大值；
其中, R为电机相电阻与驱动电路H桥
导通电阻之和，L为单个电机绕组的相电感。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述第二负载角与所述第一负载角的差值调整所述驱动电压，使得所述第二负载角等于所述第一负载角包括：
将所述第二负载角与所述第一负载角的差值输入比例积分微分PID；
基于所述PID的输出值，通过正弦脉宽调制SPWM控制步进电机的驱动电路H桥导通，以调整所述驱动电压和电机绕组实际电流，使得所述第二负载角等于所述第一负载角。
8.一种步进电机控制装置，其特征在于，包括：
确定模块，用于在通过驱动电压驱动步进电机转动的过程中，确定所述步进电机在第一时刻的第一负载角与第二时刻的第二负载角，其中，所述第一负载角、所述第二负载角为所述步进电机各绕组的合成电流与转子的夹角；
判断模块，用于判断所述第二负载角是否等于所述第一负载角；
调整模块，用于在判断结果为否的情况下，根据所述第二负载角与所述第一负载角的差值调整所述驱动电压，使得所述第二负载角等于所述第一负载角。
9.一种计算机可读的存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行所述权利要求1至7任一项中所述的方法。
10.一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行所述权利要求1至7任一项中所述的方法。
一种步进电机控制方法及装置
技术领域
背景技术
[0002] 现有步进电机大多采用开环控制，步进电机开环控制软件实现技术方案一般为：软件通过调节PWM占空比的方式产生固定相位差的正弦参考电流给驱动电路处理，使得电机实际绕组电流按给定的参考正弦电流变化，从而形成旋转磁场带动电机转子转动。
[0005] 相关技术中提出在常规步进开环控制的基础上，再安装一个方位编码器在电机轴的末端以构成半闭环控制。通过编码器实时反馈的位置来有效避免云台的失步现象。通过增加方位编码器构成半闭环的方式大大增加了控制成本以及增大了电机控制部分所占用的结构空间，通过确定位置偏差事后补救失步的方式存在一定的补偿滞后性，无法动态抵抗外界负载变化。
[0006] 针对相关技术中通过额外增加编码器等传感器进行电流、速度、位置采集和反馈，成本高、控制复杂以及步进电机开环控制抗外界干扰能力差，导致容易失步的问题，尚未提出解决方案。
发明内容
[0007] 本发明实施例提供了一种步进电机控制方法及装置，以至少解决相关技术中通过额外增加编码器等传感器进行电流、速度、位置采集和反馈，成本高、控制复杂以及步进电机开环控制抗外界干扰能力差，导致容易失步的问题。
[0008] 根据本发明的一个实施例，提供了一种步进电机控制方法，包括：
[0009] 在通过驱动电压驱动步进电机转动的过程中，确定所述步进电机在第一时刻的第一负载角与第二时刻的第二负载角，其中，所述第一负载角、所述第二负载角为所述步进电机各绕组的合成电流与转子的夹角；
[0010] 判断所述第二负载角是否等于所述第一负载角；
[0011] 在判断结果为否的情况下，根据所述第二负载角与所述第一负载角的差值调整所述驱动电压，使得所述第二负载角等于所述第一负载角。
[0012] 可选地，确定所述步进电机在第一时刻的第一负载角与第二时刻的第二负载角包括：
[0013] 获取所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值和对应的驱动电压的最大值，以及获取所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流的最大值和对应的驱动电压的最大值；
[0014] 分别确定所述步进电机在所述第一时刻和在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角；
[0015] 根据所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角、所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值及对应的驱动电压的最大值确定所述第一负载角，以及根据所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角、所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流的最大值及对应的驱动电压的最大值确定所述第二负载角。
[0016] 可选地，获取所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值和对应的驱动电压的最大值，以及获取所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流的最大值和对应的驱动电压的最大值包括：
[0018] 在所述第一电流正弦波中获取所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值，以及在对应的驱动电压的第一电压正弦波中获取所述驱动电压的最大值；
[0019] 按照所述模数转换采样周期采集所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流，得到所述绕组电流的第二电流正弦波；
[0020] 在所述第二电流正弦波中获取所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值以及在对应的驱动电压的第二电压正弦波中获取所述驱动电压的最大值，其中，所述第一时刻与所述第二时刻的时间差大于或等于所述第一电压正弦波或所述第二电压正弦波的周期。
[0021] 可选地，分别确定所述步进电机在所述第一时刻和在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角包括：
[0022] 在所述第一电压正弦波中确定所述驱动电压的最大值对应的第一时间、在所述第一电流正弦波中确定所述绕组电流的最大值对应的第二时间，在所述第二电压正弦波中确定所述驱动电压的最大值对应的第三时间、在所述第二电流正弦波中确定所述绕组电流的最大值对应的第四时间；
[0023] 根据所述第一时间、所述第二时间确定所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角，并根据所述第三时间、所述第四时间确定所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角。
[0024] 可选地，所述方法还包括：
[0025] 通过以下公式根据所述第一时间、所述第二时间确定所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角：
[0026] 为所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角，t1为第一时间，t2为所述第二时间；
[0027] 通过以下公式根据所述第三时间、所述第四时间确定所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角：
[0028] 为所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角，t3为所述第三时间，t4为所述第四时间；
[0029] 其中，V为所述步进电机的运动速度，f为第一电压正弦波或所述第二电压正弦波的频率，θ齿距是根据所述步进电机的步距角确定的。
[0030] 可选地，所述方法还包括：
[0031] 通过以下公式根据所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角、所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值及对应的驱动电压的最大值确定所述第一负载角：
[0032] γ为所述第一负载角，Um为所述驱动电压的最大值，Im所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值；
[0033] 通过以下公式所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角、所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流的最大值及对应的驱动电压的最大值确定所述第二负载角：
[0034] γ1为所述第二负载角，Im1为所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流的最大值；
[0036] 可选地，根据所述第二负载角与所述第一负载角的差值调整所述驱动电压，使得所述第二负载角等于所述第一负载角包括：
[0037] 将所述第二负载角与所述第一负载角的差值输入比例积分微分PID；
[0038] 基于所述PID的输出值，通过正弦脉宽调制SPWM控制步进电机的驱动电路H桥导通，以调整所述驱动电压和电机绕组实际电流，使得所述第二负载角等于所述第一负载角。
[0039] 根据本发明的另一个实施例，还提供了一种步进电机控制装置，包括：
[0040] 确定模块，用于在通过驱动电压驱动步进电机转动的过程中，确定所述步进电机在第一时刻的第一负载角与第二时刻的第二负载角，其中，所述第一负载角、所述第二负载角为所述步进电机各绕组的合成电流与转子的夹角；
[0041] 判断模块，用于判断所述第二负载角是否等于所述第一负载角；
[0042] 调整模块，用于在判断结果为否的情况下，根据所述第二负载角与所述第一负载角的差值调整所述驱动电压，使得所述第二负载角等于所述第一负载角。
[0043] 可选地，所述确定模块包括：
[0044] 获取子模块，用于获取所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值和对应的驱动电压的最大值，以及获取所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流的最大值和对应的驱动电压的最大值；
[0045] 第一确定子模块，用于分别确定所述步进电机在所述第一时刻和在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角；
[0046] 第二确定子模块，用于根据所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角、所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值及对应的驱动电压的最大值确定所述第一负载角，以及根据所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角、所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流的最大值及对应的驱动电压的最大值确定所述第二负载角。
[0047] 可选地，所述获取子模块包括：
[0048] 第一采集单元，用于按照模数转换采样周期采集所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流，得到所述绕组电流的第一电流正弦波；
[0049] 第一获取单元，用于在所述第一电流正弦波中获取所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值，以及在对应的驱动电压的第一电压正弦波中获取所述驱动电压的最大值；
[0050] 第二采集单元，用于按照所述模数转换采样周期采集所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流，得到所述绕组电流的第二电流正弦波；
[0051] 第二获取单元，用于在所述第二电流正弦波中获取所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值以及在对应的驱动电压的第二电压正弦波中获取所述驱动电压的最大值，其中，所述第一时刻与所述第二时刻的时间差大于或等于所述第一电压正弦波或所述第二电压正弦波的周期。
[0052] 可选地，所述第一确定子模块包括：
[0053] 第一确定单元，用于在所述第一电压正弦波中确定所述驱动电压的最大值对应的第一时间、在所述第一电流正弦波中确定所述绕组电流的最大值对应的第二时间，在所述第二电压正弦波中确定所述驱动电压的最大值对应的第三时间、在所述第二电流正弦波中确定所述绕组电流的最大值对应的第四时间；
[0054] 第二确定单元，用于根据所述第一时间、所述第二时间确定所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角，并根据所述第三时间、所述第四时间确定所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角。
[0055] 可选地，所述第二确定单元，还用于通过以下公式根据所述第一时间、所述第二时间确定所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角：
[0056] 为所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角，t1为第一时间，t2为所述第二时间；
[0057] 通过以下公式根据所述第三时间、所述第四时间确定所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角：
[0058] 为所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角，t3为所述第三时间，t4为所述第四时间；
[0059] 其中，V为所述步进电机的运动速度，f为第一电压正弦波或所述第二电压正弦波的频率，θ齿距是根据所述步进电机的步距角确定的。
[0060] 可选地，所述第二确定子模块，还用于通过以下公式根据所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角、所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值及对应的驱动电压的最大值确定所述第一负载角：
[0061] γ为所述第一负载角，Um为所述驱动电压的最大值，Im所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值；
[0062] 通过以下公式所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角、所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流的最大值及对应的驱动电压的最大值确定所述第二负载角：
[0063] γ1为所述第二负载角，Im1为所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流的最大值；
[0064] 其中, R为电机相电阻与驱动电路H桥导通电阻之和，L为单个电机绕组的相电感。
[0065] 可选地，所述调整模块包括：
[0066] 输入子模块，用于将所述第二负载角与所述第一负载角的差值输入比例积分微分PID；
[0067] 调整子模块，用于基于所述PID的输出值，通过正弦脉宽调制SPWM控制步进电机的驱动电路H桥导通，以调整所述驱动电压和电机绕组实际电流，使得所述第二负载角等于所述第一负载角。
[0068] 根据本发明的又一个实施例，还提供了一种计算机可读的存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。
[0070] 通过本发明，在通过驱动电压驱动步进电机转动的过程中，确定所述步进电机在第一时刻的第一负载角与第二时刻的第二负载角；判断所述第二负载角是否等于所述第一负载角；在判断结果为否的情况下，根据所述第二负载角与所述第一负载角的差值调整所述驱动电压，使得所述第二负载角等于所述第一负载角，可以解决相关技术中通过额外增加编码器等传感器进行电流、速度、位置采集和反馈，成本高、控制复杂以及步进电机开环控制抗外界干扰能力差，导致容易失步的问题，通过实时监测所计算出的负载角来对应调整驱动电压的大小，进而达到动态调整绕组电流以匹配外界负载变化的目的。附图说明
[0071] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0073] 图2是根据本发明实施例的一种步进电机控制方法的流程；
[0074] 图3是根据本发明实施例的电机控制方法的流程图；
[0075] 图4是根据本发明实施例的摄像机系统电机驱动电路的示意图；
[0076] 图5是根据本发明实施例的点击定子和转子的关系示意图；
[0077] 图6是根据本发明实施例的电机驱动电压和绕组电流的相位关系示意图；
[0078] 图7是根据本发明实施例的电机电流和电压调节的示意图；
[0079] 图8是根据本发明实施例的步进电机控制装置的框图；
[0080] 图9是根据本发明优选实施例的步进电机控制装置的框图。
具体实施方式
[0081] 下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0083] 实施例1
[0084] 本申请实施例一所提供的方法实施例可以在移动终端、计算机终端或者类似的运算装置中执行。以运行在移动终端上为例，图1是本发明实施例的一种步进电机控制方法的移动终端的硬件结构框图，如图1所示，移动终端10可以包括一个或多个(图1中仅示出一个)处理器102(处理器102可以包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置)和用于存储数据的存储器104，可选地，上述移动终端还可以包括用于通信功能的传输设备106以及输入输出设备108。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述移动终端的结构造成限定。例如，移动终端10还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。
[0085] 存储器104可用于存储计算机程序，例如，应用软件的软件程序以及模块，如本发明实施例中的报文接收方法对应的计算机程序，处理器102通过运行存储在存储器104内的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的方法。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器102远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至移动终端10。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
[0086] 传输装置106用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括移动终端10的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输装置106包括一个网络适配器(Network Interface Controller，简称为NIC)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输装置106可以为射频(Radio Frequency，简称为RF)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。
[0087] 在本实施例中提供了一种运行于上述移动终端或网络架构的步进电机控制方法，图2是根据本发明实施例的一种步进电机控制方法的流程图，如图2所示，该流程包括如下步骤：
[0088] 步骤S202，在通过驱动电压驱动步进电机转动的过程中，确定所述步进电机在第一时刻的第一负载角与第二时刻的第二负载角，其中，所述第一负载角、所述第二负载角为所述步进电机各绕组的合成电流与转子的夹角；
[0089] 步骤S204，判断所述第二负载角是否等于所述第一负载角；
[0090] 步骤S206，在判断结果为否的情况下，根据所述第二负载角与所述第一负载角的差值调整所述驱动电压，使得所述第二负载角等于所述第一负载角。
[0091] 进一步的，将所述第二负载角与所述第一负载角的差值输入比例积分微分PID；基于所述PID的输出值，通过正弦脉宽调制SPWM控制步进电机的驱动电路H桥导通，以调整所述驱动电压和电机绕组实际电流，使得所述第二负载角等于所述第一负载角。
[0092] 通过上述步骤S202至S206，可以解决相关技术中额外增加编码器等传感器进行电流、速度、位置采集和反馈，成本高、控制复杂以及步进电机开环控制抗外界干扰能力差，导致容易失步的问题，通过实时监测所计算出的负载角来对应调整驱动电压的大小，进而达到动态调整绕组电流以匹配外界负载变化的目的。
[0093] 本发明实施例中，上述步骤S202具体可以包括：
[0094] 获取所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值和对应的驱动电压的最大值，以及获取所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流的最大值和对应的驱动电压的最大值；
[0095] 进一步的，按照模数转换采样周期采集所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流，得到所述绕组电流的第一电流正弦波；在所述第一电流正弦波中获取所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值，以及在对应的驱动电压的第一电压正弦波中获取所述驱动电压的最大值；按照所述模数转换采样周期采集所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流，得到所述绕组电流的第二电流正弦波；在所述第二电流正弦波中获取所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值以及在对应的驱动电压的第二电压正弦波中获取所述驱动电压的最大值，其中，所述第一时刻与所述第二时刻的时间差大于或等于所述第一电压正弦波或所述第二电压正弦波的周期。
[0096] 分别确定所述步进电机在所述第一时刻和在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角；
[0097] 进一步的，在所述第一电压正弦波中确定所述驱动电压的最大值对应的第一时间、在所述第一电流正弦波中确定所述绕组电流的最大值对应的第二时间，在所述第二电压正弦波中确定所述驱动电压的最大值对应的第三时间、在所述第二电流正弦波中确定所述绕组电流的最大值对应的第四时间；根据所述第一时间、所述第二时间确定所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角，并根据所述第三时间、所述第四时间确定所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角。
[0098] 具体的，通过以下公式根据所述第一时间、所述第二时间确定所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角：
[0099] 为所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角，t1为第一时间，t2为所述第二时间；
[0100] 通过以下公式根据所述第三时间、所述第四时间确定所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角：
[0101] 为所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角，t3为所述第三时间，t4为所述第四时间；
[0102] 其中，V为所述步进电机的运动速度，单位为度每秒，f为第一电压正弦波或所述第二电压正弦波的频率，θ齿距是根据所述步进电机的步距角确定的。
[0103] 根据所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角、所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值及对应的驱动电压的最大值确定所述第一负载角，以及根据所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角、所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流的最大值及对应的驱动电压的最大值确定所述第二负载角。
[0104] 具体的，通过以下公式根据所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角、所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值及对应的驱动电压的最大值确定所述第一负载角：
[0105] γ为所述第一负载角，Um为所述驱动电压的最大值，Im所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值；
[0106] 通过以下公式所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角、所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流的最大值及对应的驱动电压的最大值确定所述第二负载角：
[0107] γ1为所述第二负载角，Im1为所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流的最大值；
[0108] 其中, R为电机相电阻与驱动电路H桥导通电阻之和，L为单个电机绕组的相电感。
[0109] 图3是根据本发明实施例的电机控制方法的流程图，如图3所示，具体步骤为：
[0110] 步骤S301，获取阻值R、电感L、齿距角、初始驱动电压等参数，运动前先初始化系统参数，得到阻值R、电感L、齿距角，驱动电压Um等值。
[0112]
[0113]
[0114] 步骤S303，进入定时器中断处理，通过ADC采样获取绕组电流Im，并获取驱动电源的最大值Um，具体的，在电机定时器中断中按ADC采样周期采集绕组电流的大小得到正弦波电流的最大值Im(比如通过实时比较前后两次采集值的大小的方式得到最终Im大小)，并读取软件中事先存储好的驱动电压参考表中的最大值Um。
[0115] 步骤S304，在运动过程中软件给定的参考驱动电压是按0至Um正弦周期性变化的，检测软件上给定参考驱动电压变为最大值Um的时刻记为第一时刻t1，并检测随后电流变化为最大值Im的时刻记为第二时刻t2(t2与t1的差值小于一个正弦波周期)；根据t2、t1，电机的步距角确定相位滞后角 具体的，
[0116] θ齿距是根据电机的步距角确定的。
[0117] 步骤S305，计算出前一时刻(对应上述的第一时刻)和当前时刻(对应上述的第二时刻)的负载角γ,γ1；
[0118] 步骤S306，根据负载角γ,γ1判断负载角是否发生变化。
[0119] 步骤S307，若判断结果为负载角波动，通过PID调整得到新的驱动电压U，使得电机绕组电流最终达到的值Im1，从而使得负载角γ1等于负载角γ。
[0120] 图4是根据本发明实施例的摄像机系统电机驱动电路的示意图，如图4所示，通过驱动电压U驱动电机绕组工作，
[0121] U＝i·(R+jwL)+wC；
[0122] 其中U，I，C皆为矢量，使用极坐标表示：
[0123] Um·e(jwt+ψ)＝Im·e(jwt+θ)·|Z|e(jβ)+w|C|e(j(wt+γ))；
[0124] 其中，γ为负载角，图5是根据本发明实施例的点击定子和转子的关系示意图，如图5所示，反应了转子磁场与定子磁场之间夹角关系。Um为正弦波驱动电压的峰值，Im为正弦波电流峰值，为相位滞后角(即电流滞后电压的角度)，图6是根据本发明实施例的电机驱动电压和绕组电流的相位关系示意图，如图6所示，绕组电流相对于驱动电压具有相位滞后角 |Z|为阻抗大小，β为与阻抗相关的角度。
[0125] 公式两边约去e(jwt)，简化得：
[0126] Um·e(jψ)＝Im·e(jθ)·|Z|e(jβ)+w|C|e(jγ)；
[0127] 取电机相电流i的相位为基准，即令式中θ＝0，并根据欧拉公式可得:
[0128]
[0129] 根据上述式中左右两边实步和虚部分别相等可得到：
[0130]
[0131]
[0132] 通过上述公式可得负载角：
[0133]
[0134] 阻抗和相位滞后角计算：
[0135]
[0136]
[0137] 其中R为电机相电阻与驱动电路H桥导通电阻之和，L为单个电机绕组的相电感。w为相电流正弦波角频率，且w＝2πf，f为正弦波频率，单位Hz。
[0138] 若期望步进电机以V度每秒的速度转动，则有：V＝θ齿距*f；因此得到：
[0139] w＝2πf＝2πV/θ齿距；
[0140] 比如，对于两相四线步进电机有：θ齿距＝4θ步距；
[0141] 便可得到：
[0142]
[0143]
[0144] 根据图3可知，电流滞后于电压的角度 (单位为弧度)可计算为：
[0145]
[0146] 电机力矩和电流计算，如图5所示，is为电机各绕组合成电流矢量，γ为负载角，则电机输出的转矩方程为：
[0147] Te＝p*φf*Im*sinγ；
[0148] 其中，p为电机的极对数；φf为磁体磁链，电机参数不发生改变时，φf为定值。
[0149] 电机以速度V匀速稳定运行时，根据转矩平衡，有电机输出转矩Te等于当前负载转矩TL，即：
[0150] TL＝Te＝p*φf*Im*sinγ；
[0151] 当负载转矩变化后，由TL变为TL1，在Im不调整的情况下，若TL1>TL，则当前负载转矩大于电机输出转矩，为维持新的转矩平衡，此时电机负载角会由γ增大到γ1，使得：
[0152] TL1＝Te1＝p*φf*Im*sinγ1；
[0153] 由上述公式可知，当γ1为90°时电机输出的力矩最大。若不进行电流Im的调整而仅仅改变γ1，当负载TL1很大时，由于γ1不能无限增大，当γ1增大到90°时的电机输出力矩若仍不能克服TL1，还是存在失步的风险。同理，当负载突然大幅降低时，出现γ1过小，驱动电流大，导致电机功耗无法减小。
[0154] 为解决此问题，在负载变化时，通过调整电流Im的方式实现力矩的调整，即将电流调整为Im1后且负载角仍保持为负载变化前的γ大小。此时新的力矩平衡方程为：
[0155] TL1＝Te2＝p*φf*Im1*sinγ；
[0156] 可得到负载变化后新调整的电流Im1大小为：
[0157] Im1＝Im sinγ1/sinγ。
[0158] 综上，外界负载变化时，按上述方法动态调整驱动电流可减少失步风险(负载变大时电流调大，负载减小时，电流调小)。调整过程中负载角变化过程为，先由负载变化前的γ变化为γ1，待调整电流Im1后，负载角又由γ1变化为γ，从而确保负载角维持在一个合理的给定值，避免负载角过大超过90°而失步，或者过小时功耗大的问题。
[0159] 图7是根据本发明实施例的电机电流和电压调节的示意图，如图7所示，电流Im1的变化又是通过改变驱动电压U来改变的，因此引入简单并能兼顾效果的PID控制达到系统的动态调节以保证负载角稳定在一个合理的参考值γ。
[0160] 本发明实施例新引入了负载角软件计算方式，通过实时监测所计算出的负载角来对应调整驱动电流和驱动电压的大小，进而达到动态调整绕组电流以匹配外界负载变化的目的。在不增加硬件成本的同时能避免负载波动时失步或功耗过大的状况。
[0161] 实施例2
[0162] 根据本发明的另一个实施例，还提供了一种步进电机控制装置，图8是根据本发明实施例的步进电机控制装置的框图，如图8所示，包括：
[0163] 确定模块82，用于在通过驱动电压驱动步进电机转动的过程中，确定所述步进电机在第一时刻的第一负载角与第二时刻的第二负载角，其中，所述第一负载角、所述第二负载角为所述步进电机各绕组的合成电流与转子的夹角；
[0164] 判断模块84，用于判断所述第二负载角是否等于所述第一负载角；
[0165] 调整模块86，用于在判断结果为否的情况下，根据所述第二负载角与所述第一负载角的差值调整所述驱动电压，使得所述第二负载角等于所述第一负载角。
[0166] 图9是根据本发明优选实施例的步进电机控制装置的框图，如图9所示，所述确定模块82包括：
[0167] 获取子模块92，用于获取所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值和对应的驱动电压的最大值，以及获取所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流的最大值和对应的驱动电压的最大值；
[0168] 第一确定子模块94，用于分别确定所述步进电机在所述第一时刻和在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角；
[0169] 第二确定子模块96，用于根据所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角、所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值及对应的驱动电压的最大值确定所述第一负载角，以及根据所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角、所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流的最大值及对应的驱动电压的最大值确定所述第二负载角。
[0170] 可选地，所述获取子模块92包括：
[0171] 第一采集单元，用于按照模数转换采样周期采集所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流，得到所述绕组电流的第一电流正弦波；
[0172] 第一获取单元，用于在所述第一电流正弦波中获取所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值，以及在对应的驱动电压的第一电压正弦波中获取所述驱动电压的最大值；
[0173] 第二采集单元，用于按照所述模数转换采样周期采集所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流，得到所述绕组电流的第二电流正弦波；
[0174] 第二获取单元，用于在所述第二电流正弦波中获取所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值以及在对应的驱动电压的第二电压正弦波中获取所述驱动电压的最大值，其中，所述第一时刻与所述第二时刻的时间差大于或等于所述第一电压正弦波或所述第二电压正弦波的周期。
[0175] 可选地，所述第一确定子模块94包括：
[0176] 第一确定单元，用于在所述第一电压正弦波中确定所述驱动电压的最大值对应的第一时间、在所述第一电流正弦波中确定所述绕组电流的最大值对应的第二时间，在所述第二电压正弦波中确定所述驱动电压的最大值对应的第三时间、在所述第二电流正弦波中确定所述绕组电流的最大值对应的第四时间；
[0177] 第二确定单元，用于根据所述第一时间、所述第二时间确定所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角，并根据所述第三时间、所述第四时间确定所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角。
[0178] 可选地，所述第二确定单元，还用于通过以下公式根据所述第一时间、所述第二时间确定所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角：
[0179] 为所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角，t1为第一时间，t2为所述第二时间；
[0180] 通过以下公式根据所述第三时间、所述第四时间确定所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角：
[0181] 为所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角，t3为所述第三时间，t4为所述第四时间；
[0182] 其中，V为所述步进电机的运动速度，f为第一电压正弦波或所述第二电压正弦波的频率，θ齿距是根据所述步进电机的步距角确定的。
[0183] 可选地，所述第二确定子模块，还用于通过以下公式根据所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角、所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值及对应的驱动电压的最大值确定所述第一负载角：
[0184] γ为所述第一负载角，Um为所述驱动电压的最大值，Im所述步进电机在所述第一时刻的绕组电流的最大值；
[0185] 通过以下公式所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流滞后于驱动电压的相位滞后角、所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流的最大值及对应的驱动电压的最大值确定所述第二负载角：
[0186] γ1为所述第二负载角，Im1为所述步进电机在所述第二时刻的绕组电流的最大值；
[0187] 其中, R为电机相电阻与驱动电路H桥导通电阻之和，L为单个电机绕组的相电感。
[0188] 可选地，所述调整模块86包括：
[0189] 输入子模块，用于将所述第二负载角与所述第一负载角的差值输入比例积分微分PID；
[0190] 调整子模块，用于基于所述PID的输出值，通过正弦脉宽调制SPWM控制步进电机的驱动电路H桥导通，以调整所述驱动电压和电机绕组实际电流，使得所述第二负载角等于所述第一负载角。
[0191] 需要说明的是，上述各个模块是可以通过软件或硬件来实现的，对于后者，可以通过以下方式实现，但不限于此：上述模块均位于同一处理器中；或者，上述各个模块以任意组合的形式分别位于不同的处理器中。
[0192] 实施例4
[0193] 本发明的实施例还提供了一种计算机可读的存储介质，该存储介质中存储有计算机程序，其中，该计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。
[0194] 可选地，在本实施例中，上述存储介质可以被设置为存储用于执行以下步骤的计算机程序：
[0195] S1，在通过驱动电压驱动步进电机转动的过程中，确定所述步进电机在第一时刻的第一负载角与第二时刻的第二负载角，其中，所述第一负载角、所述第二负载角为所述步进电机各绕组的合成电流与转子的夹角；
[0196] S2，判断所述第二负载角是否等于所述第一负载角；
[0197] S3，在判断结果为否的情况下，根据所述第二负载角与所述第一负载角的差值调整所述驱动电压，使得所述第二负载角等于所述第一负载角。
[0198] 可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称为ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称为RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。
[0199] 实施例5
[0200] 本发明的实施例还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，该处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。
[0201] 可选地，上述电子装置还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。
[0202] 可选地，在本实施例中，上述处理器可以被设置为通过计算机程序执行以下步骤：
[0203] S1，在通过驱动电压驱动步进电机转动的过程中，确定所述步进电机在第一时刻的第一负载角与第二时刻的第二负载角，其中，所述第一负载角、所述第二负载角为所述步进电机各绕组的合成电流与转子的夹角；
[0204] S2，判断所述第二负载角是否等于所述第一负载角；
[0205] S3，在判断结果为否的情况下，根据所述第二负载角与所述第一负载角的差值调整所述驱动电压，使得所述第二负载角等于所述第一负载角。
[0206] 可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。
[0207] 显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
[0208] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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