本发明提供一种控制步进电机以使其具有一致 的瞬时速度的速度控制方法及一种适合于所述控制 方法的设备。所述步进电机速度控制方法包括：计 算以恒定速度旋转的步进电机的每相的重复速度误 差并将计算的重复速度误差一相接一相地存储；基 于目标速度来测量步进电机的旋转速度；通过使重 复速度误差与步进电机的旋转同步一相接一相地顺 序地并重复地读取存储的重复速度误差；参照目标 速度、测量速度和每相的重复速度误差来控制步进 电机的速度。因此，步进电机速度控制设备通过一 相接一相地控制步进电机的旋转速度来使步进电机以一致的瞬时速度旋转。1、一种用于控制步进电机的速度的方法，所述方法包括：
    计算以恒定速度旋转的步进电机的旋转的每相的重复速度误差，并将所 述计算的重复速度误差一相接一相地存储；基于目标速度来测量所述步进电机的旋转速度；顺序地并重复地读取所述重复速度误差，所述重复速度误差通过使所述 重复速度误差与所述步进电机的旋转同步而被一相接一相地存储；参照所述目标速度、所述测量的旋转速度和每相的重复速度误差来控制 所述步进电机的速度。
    2、如权利要求1所述的方法，其中，所述重复速度误差根据特定时间信 号被存储。
    3、如权利要求2所述的方法，其中，所述特定时间信号是所述步进电机 的指引信号。
    4、如权利要求1所述的方法，其中，每相的重复速度误差通过使每相的 重复速度误差与所述步进电机的指引信号同步而被读取。
    5、如权利要求1所述的方法，其中，在所述旋转速度的测量中，所述步 进电机的旋转速度被一相接一相地测量。
    6、一种用于控制步进电机的速度的设备，所述设备包括：
    速度测量单元，测量所述步进电机的旋转速度；重复速度误差补偿器，一相接一相地存储所述步进电机的重复速度误差 并输出与每相对应的重复速度误差；误差计算器，基于目标速度、从所述速度测量单元输出的测量速度和与 每相对应的重复速度误差来计算速度误差，所述重复速度误差被从所述重复 速度误差补偿器输出；控制器，参照从所述误差计算器输出的误差信号和所述目标速度驱动所 述步进电机。
    7、如权利要求6所述的设备，其中，所述重复速度误差被根据特定时间 信号存储。
    8、如权利要求7所述的设备，其中，所述特定时间信号是所述步进电机 的指引信号。
    9、如权利要求6所述的设备，其中，所述速度测量单元响应于所述步进 电机的旋转通过对反电动势信号进行波形整形而获得脉冲信号，所述反电动 势信号由所述步进电机产生，并且所述速度测量单元通过计算所述脉冲信号 的周期一相接一相地测量所述步进电机的旋转速度。
    10、如权利要求6所述的设备，其中，所述重复速度误差补偿器存储以 预定平均速度旋转的步进电机的相的速度误差的平均值。
    11、如权利要求6所述的设备，其中，所述重复速度误差补偿器通过使 对应于每相的重复速度误差与由所述步进电机产生的指引信号同步而输出每 相的速度误差。
    步进电机速度控制方法及适合于该方法的设备技术领域根据本发明的方法和设备涉及一种步进电机速度控制方法和一种适合于 所述控制方法的设备，所述方法尤其是涉及一种控制步进电机以使其具有一 致的瞬时速度的方法。背景技术步进电机是通过以转换法6风虹11丨呢爪^^幻将外部ix：电压或者电流输 入到电机的每相端子以恒定角度旋转的电机。步进电机是一种数字控制装置， 适合于数字脉冲类型的速度控制。即，响应于一个数字脉冲步进电机旋转地 运动对应于一步的旋转角，步进电机与脉冲数和每单位时间的脉冲输入速度 成比例地连续运动。通过间歇驱动、连续旋转驱动、正转丨反转驱动、切换驱动(止迅 和微步驱动来操作步进电机。使用间歇驱动，可容易地实现对于一小时的一 步驱动或者对于一天的一步驱动，通过使用微步驱动，可实现超微步距角驱 动。此外，如果使用连续旋转驱动，响应于输入的脉冲数可控制****的旋转 角度。
    对于900，有三种测量主轴电机的方法。指引法(丨0如^爪过！^幻测量步进 电机每一转产生的指引信号的周期，伺服栅极法过！测量记录 在旋转盘上的伺服信号的检测周期，反电动势田她)法测量步进电机的反 信号的周期。
    由于有缺陷的扇区而引起的信号损失和对于伺服信号检测宽的带宽的需 要，所以没有广泛地使用伺服栅极法。
    指引法有力地抵抗测量噪声，并普遍地用于3.5” 1^00。反法的优 点在于步进电机的速度可被一相接一相地精确控制，同时存在的缺点是由于 步进电机的形状而产生的噪声很大，即，瞬时速度的波动很大。
    图1是传统的步进电机速度控制设备的框图，示出了反法的例子。 参照图1，步进电机速度控制设备包括误差记算器102、控制器104、扰 动补偿器106、步进电机驱动器108、速度测量单元110和噪声补偿器112。
    速度测量单元110通过对反信号进行波形整形来测量步进电机的旋 转速度并根据步进电机的旋转输出脉沖信号。
    图2是示出步进电机驱动信号和反[？信号之间的相互关系的波形图。 在图2中，上波形表示反信号，下波形表示由步进电机驱动器108 提供的步进电机驱动信号。
    步进电机响应于由步进电机驱动器108提供的正弦信号的正半波和负半 波一相接一相地旋转。由于步进电机中的定子的x极和8极交替配置，所以 根据这些磁极用于旋转转子的信号的极性应该一相接一相地变化。
    速度测量单元110通过检测反信号的周期来计算步进电机的旋转速 度。由速度测量单元110计算的测量速度被作为一次输入提供给误差记算器 102。
    误差记算器102计算目标速度和测量速度之间的误差。 控制器104执行控制操作，所述控制操作补偿通过误差计算器102计算 的误差。例如，如果步进电机旋转的速度大于目标速度，则控制器104将驱 动脉冲的频率降低，如果步进电机旋转的速度小于目标速度，则控制器104 将驱动脉沖的频率增大。步进电机驱动器108通过接收从控制器104输出的驱动脉冲来驱动步进 电机。更详细地讲，步进电机驱动器108接收从控制器104输出的驱动脉沖 并产生图2下部所示出的步进电机驱动信号。扰动补偿器106补偿提供给步 进电机的扰动，噪声补偿器112补偿测量噪声。
    图3是具有4对定子的步进电机的示意图。对于一个脉沖输入步进电机 运动一步，即，定子和相邻定子之间的距离。定子和相邻定子之间的距离最 好为常数。然而，实际上由于机械误差，所述距离是不一致的。所述不一致 如实地反应到反信号上。
    图4是示出当定子之间的距离不一致时产生的反信号的波形图。反 信号通过主轴电机的旋转而产生。参照图4，当定子之间的距离为&和 劝时，巧和丁i？分别表示步进电机运动83和813所需要的时间定子间隔。
    理想地，时间定子间隔丁3和丁6互相相等，然而’大部分情况下，由于 机械误差，巧和丁 将不互相相等。这种乜和丁i？的不相等导致速度控制不 薄急定。
    输入脉冲的宽度对应于定子之间的距离。由于考虑到定子之间的距离不 一致，所以输入脉沖的宽度也不一致。
    然而，如参照图3和图4所示，定子之间的距离不一致，从而引起步进 电机的速度，尤其是瞬时速度不一致。
    发明内容本发明提供一种在一相接一相地控制步进电机的速度的步进电机的速度 控制设备中将步进电机的瞬时速度控制为一致的速度控制方法。 本发明还提供一种适合于所述速度控制方法的设备。 根据本发明的一方面，提供一种步进电机速度控制方法，所述方法包括： 计算以恒定速度旋转的步进电机旋转的每相的重复速度误差并将所述计算的 重复速度误差一相接一相地存储；基于目标速度来测量所述步进电机的旋转 速度；顺序地并重复地读取所述重复速度误差，所述重复速度误差通过使所 述重复速度误差与所述步进电机的旋转同步而被一相接一相地存储；参照所 述目标速度、所述测量的旋转速度和每相的重复速度误差来控制所述步进电 机的速度。根据本发明的另一方面，提供一种步进电机速度控制设备，所述设备包 括：速度测量单元，测量所述步进电机的旋转速度；重复速度误差补偿器， 一相接一相地存储所述步进电机的重复速度误差并输出与每相对应的重复速 度误差；误差计算器，基于目标速度、从所述速度测量单元输出的测量速度 和与每相对应的重复速度误差来计算速度误差，所述重复速度误差被从所述 重复速度误差朴偿器输出；控制器，参照从所述误差计算器输出的误差信号 和所述目标速度来驱动所述步进电机。
    附图说明通过参照附图对本发明示例性实施例的详细描述，本发明的上述和其它 方面将会变得更加清楚，其中：
    图1是传统的步进电机速度控制设备的框图；图2是示出步进电机驱动信号和反信号之间的相互关系的波形图； 图3是步进电机的示意图；图4是示出当定子之间的距离不一致时所产生的反信号的波形图； 图5是表示通过测量应用于1100的步进电机中每相的重复速度误差而 获得的结果的表格；图6和图7是示出图5所示的1”100和。名^"：^!)!)的重复速度误差的曲线图。
    图8是示出根据本发明实施例的步进电机速度控制方法的流程图； 图9是示出在根据本发明实施例的速度控制方法中如何获得重复速度误 差的波形图；图10是根据本发明实施例的步进电机速度控制设备的框图。
    具体实施方式现在将参照附图在下文中详细地描述本发明的示例性实施例。 图5是表示通过测量100的步进电机中每相的重复速度误差而获得的 结果的表格。对三个丨“耶！^祥丨，#2和#3〉和两个0.85^100^4和#5〉执 行测量，从而产生相对于旋转的恒定速率的第一到第十八相的重复速度误差。 这里，对于旋转的恒定速率，应用三个不同的值。步进电机的相表示转子的 位置，18相称为步进电机的一转，一转被分为18个角。例如，根据图5，相对于第一旋转速度的第一相中的速度误差-0.16表 示当步进电机响应于第一旋转速度旋转时，第一相中的速度误差为-0.16。 参照图5，每一相中的速度误差是不一致的，从而表示步进电机以不一致的速度局部地旋转。此外，图5的下部所示的“最小”“****”和“总和”分别表 示根据步进电机一转的相的速度误差的每个的最小值、****值和总和。例如, 位于左下角的值“最小^ -0.16”和“****^ 0.11”表示根据相产生的速度误差最 小为-0.16，****为0.11。此外，值“总和二0”表示对应于步进电机完整的一转 的速度误差为0。因此，步进电机的平均速度是常数，但是根据相的速度， 即，瞬时速度不一致。
    图6和图7是示出图5所示的和0|85“1！00的重复速度误差的曲 线图。
    图8是示出根据本发明示例性实施例的步进电机速度控制方法的流程图。
    根据步进电机速度控制方法，通过朴偿步进电机的相的速度误差来一致 地控制瞬时速度。这里，相的速度误差被从以恒定的平均速度旋转的步进电 机测量。即，在步进电机速度控制方法中，通过基于目标速度和测量速度控 制速度并通过一相接一相地补偿微小误差来执行速度控制，所述微小误差由 步进电机的相的不一致而引起。
    在操作步骤8802中，步进电机以恒定的平均速度旋转的同时测量每相的 速度误差。
    在操作步骤8804中，通过将操作步骤8802重复预定次数x来确定每相 的速度误差的平均值。结果，获得每相速度误差的平均值，即，重复速度误 差。
    图9是示出在根据本发明示例性实施例的速度控制方法中如何获得重复 速度误差的波形图。在图9中，上波形是步进电机驱动脉沖，下波形是通过 对反信号进行波形整形而获得的脉沖，其中，步进电机驱动脉沖具有恒 定的周期，而由步进电机驱动脉冲驱动的步进电机的反信号每相具有微 小的偏差。所述微小的偏差由步进电机的机械不一致引起，具体地讲，由定 子之间的距离不一致而引起，从而虽然步进电机以恒定的平均速度旋转，但 是引起瞬时速度发生变化。在本示例性实施例中，通过补偿图9所示的每相的速度偏差来控制步进 电机以一致的瞬时速度旋转。这里，每相的速度误差由通过尺次测量获得的 平均值表示，即，由重复速度误差表示。
    在操作步骤8806中，一相接一相地存储重复速度误差。
    在操作步骤8808中，基于目标速度测量步进电机每相的旋转速度。 在操作步骤8810中，通过使每相的重复速度误差与步进电机的指引信号 同步来一相接一相地顺序地并重复地读取存储的重复速度误差。
    在操作步骤8812中，参照目标速度、相的测量速度和相的重复速度误差 来计算速度误差，基于计算的速度误差控制步进电机的速度。
    根据所述速度控制方法，通过使用重复速度误差补偿由于步进电机的机 械不一致而引起的相的速度误差来保持步进电机的一致的瞬时速度以控制步 进电机的速度。
    图10是根据本发明示例性实施例的步进电机速度控制设备的框图。 参照图10，步进电机速度控制设备包括误差计算器1002、控制器1004、 扰动补偿器1006、步进电机驱动器1008、速度测量单元1010、重复速度误 差计算器1012和重复速度误差补偿器1014。
    速度测量单元1010测量步进电机的旋转速度,响应于步进电机的旋转通 过对反信号进行波形整形来获得脉冲信号，并通过计算脉冲信号的周期 一相接一相地测量步进电机的旋转速度。
    从速度测量单元1010输出的测量速度作为一次输入被提供给重复速度 误差计算器1012。
    从重复速度误差朴偿器1014输出的每个重复速度误差作为另一次输入 被提供给重复速度误差计算器1012。
    重复速度误差补偿器1014存储图6或图7所示的相的重复速度误差并输 出对应于每相的重复速度误差。可使用存储器作为重复速度误差补偿器1014。 指引信号被提供给重复速度误差补偿器1014以确定对应于每相的重复 速度误差。指引信号是指示步进电机的参照位置的信号。即，重复速度误差 补偿器1014通过使每相的重复速度误差与指引信号同步输出对应于每相的 重复速度误差。由于重复速度误差计算器1012的操作，误差计算器1002基于目标速度、 从速度测量单元1010输出的测量速度和从重复速度误差补偿器1014输出的 每相的重复速度误差来计算速度误差。
    控制器1004执行控制以补偿由误差计算器1002计算的误差。步进电机 驱动器1008通过接收从控制器1004输出的驱动脉冲来驱动步进电机。
    本发明可作为一种方法、一种设备和7或一种系统被实现。当本发明被实现为软件时，本发明的组件具体化为用于执行所需操作的代码段。程序或者 代码段可被存储在处理器可读记录介质中，并可使用传输介质或者通信网络 将作为与载体结合的计算机数据信号传输。处理器可读记录介质可以是任何 可存储或者传输数椐的数椐存储装置，之后所述数据可被计算机系统读取。 处理器可读记录介质的例子包括电路、半导体存储装置、只读存储器、 闪速存储器、可擦除110乂、软盘、光盘、硬盘、光纤维介质和ii？网络。计 算机数据信号可包括可通过例如电子网络信道、光纤、空气、电场和网 络的传输介质传播的任何信号。
    如上所述，根据本发明示例性实施例的步进电机速度控制设备通过一相 接一相地控制步进电机的旋转速度来使步进电机以一致的瞬时速度旋转。
    虽然已参照本发明的示例性实施例详细地示出和描述了本发明，但是本 领域普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范 围的情况下，可对其进行形式和细节上的各种变化。

来源：中国步进电机网（www.b-motor.com）