本發(fā)明涉及一種步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)自檢回零的方法。

背景技術(shù)：

步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制電機(jī)，是現(xiàn)代數(shù)字程序控制系統(tǒng)中的主要執(zhí)行元件，應(yīng)用極為廣泛。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

步進(jìn)電機(jī)相對(duì)于其它控制用途電機(jī)的最大區(qū)別是：它接收數(shù)字控制信號(hào)電脈沖信號(hào)并轉(zhuǎn)化成與之相對(duì)應(yīng)的角位移或直線位移，它本身就是一個(gè)完成數(shù)字模式轉(zhuǎn)化的執(zhí)行元件。而且它可開(kāi)環(huán)位置控制，輸入一個(gè)脈沖信號(hào)就得到一個(gè)規(guī)定的位置增量，這樣的所謂增量位置控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的直流控制系統(tǒng)相比，其成本明顯減低，幾乎不必進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)整。步進(jìn)電機(jī)的角位移量與輸入的脈沖個(gè)數(shù)嚴(yán)格成正比，而且在時(shí)間上與脈沖同步。因而只要控制脈沖的數(shù)量、頻率和電機(jī)繞組的相序，即可獲得所需的轉(zhuǎn)角、速度和方向。

步進(jìn)電機(jī)作為一種重要的執(zhí)行元件,由于其具有精度高、慣性小、工作可靠和能實(shí)現(xiàn)高精度快速開(kāi)環(huán)控制的特點(diǎn),而被廣泛應(yīng)用在舞臺(tái)燈的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中。舞臺(tái)燈內(nèi)部由三大部分組成：電腦電路、機(jī)械部分和光源部分；其中機(jī)械部分，是由若干個(gè)微步進(jìn)電機(jī)組成，每個(gè)步進(jìn)電機(jī)都可以獨(dú)立動(dòng)作，分別帶動(dòng)圖案轉(zhuǎn)輪、顏色轉(zhuǎn)輪和調(diào)光、聚焦、光斑水平移動(dòng)及垂直移動(dòng)操作的機(jī)械部件。

步進(jìn)電機(jī)零位是指參考零位，步進(jìn)電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)角度和位置控制的基礎(chǔ)是參考零位；所有轉(zhuǎn)角都是以該零位為參考進(jìn)行的，因此步進(jìn)電機(jī)在任何控制之前必須進(jìn)行零位標(biāo)定。

零位標(biāo)定的方法很多，專注微型步進(jìn)電機(jī)控制方案專家的日本山社電機(jī)分析步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩歸零的方法主要有：

1、直接歸零法。該方法在零位處安裝一個(gè)停止擋塊，然后令步進(jìn)電機(jī)向零位方向驅(qū)動(dòng)足夠大的角度，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)回到零位時(shí)，被擋塊擋住，電機(jī)停止位置即零位。這種歸零方法簡(jiǎn)單，但是在電機(jī)被擋塊擋住時(shí)，仍會(huì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)執(zhí)行歸零動(dòng)作，因此不僅會(huì)對(duì)步進(jìn)電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)造成傷害，還會(huì)產(chǎn)生劇烈的抖動(dòng)和較大的噪聲。

2、傳感器法。該方法在零位處安裝霍爾開(kāi)關(guān)、光電二極管等位置傳感器，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)回到零位時(shí)，傳感器給出檢測(cè)信號(hào)，控制電路檢測(cè)到該信號(hào)時(shí)，令電機(jī)停在零點(diǎn)位置。這種歸零方法準(zhǔn)確、可靠，但是增加了電路的復(fù)雜性，對(duì)安裝有一定的要求。

3、采用帶停轉(zhuǎn)檢測(cè)的專用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。這種芯片在電機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)，能夠立刻檢測(cè)到電機(jī)處于停轉(zhuǎn)狀態(tài)，從而確定零點(diǎn)位置。但這種方法通用性差，對(duì)步進(jìn)電機(jī)各繞組的電流相位有一定的要求，并且這種方法不能在微步驅(qū)動(dòng)方式下使用。

4、通過(guò)調(diào)整脈寬調(diào)制信號(hào)的占空比，構(gòu)造出振幅按一定規(guī)律衰減的正弦驅(qū)動(dòng)電流。將該電流以一定的相位差加在步進(jìn)電機(jī)的各繞組上，就能讓步進(jìn)電機(jī)以微步方式驅(qū)動(dòng)，而且其轉(zhuǎn)矩按期望的規(guī)律衰減。此方法應(yīng)用于步進(jìn)電機(jī)歸零過(guò)程，可以使電機(jī)以恒定轉(zhuǎn)速且轉(zhuǎn)矩逐漸減弱的方式回到零位，有效地保護(hù)了電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。該方法無(wú)需硬件電路，但能使電機(jī)歸零可靠，電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)。因此具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。

在行程接近720°的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中，起始位置Pr有可能在全部運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的任意位置，自檢回零過(guò)程中有可能檢測(cè)到兩個(gè)零點(diǎn)信號(hào)，其中一個(gè)是接近全局零點(diǎn)P0(即止位檔桿)的真零點(diǎn)Pa，另一個(gè)是距離全局零點(diǎn)P0大于360°的偽零點(diǎn)Pa’，如何判斷偽零點(diǎn)Pa’是自檢回零程序的關(guān)鍵；在行程接近360°的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中，只有一個(gè)接近全局零點(diǎn)P0的真零點(diǎn)Pa；兩種步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)在自檢回零過(guò)程中都必須綜合考慮快速性、可靠性及噪音等方面性能上的平衡。

目前，解決上述問(wèn)題的一般的做法有兩種：(1)第一種做法是自檢回零過(guò)程以不斷調(diào)試而固定下來(lái)的復(fù)位速度運(yùn)行，但是這種做法如果速度快則容易發(fā)生較大的碰撞反彈導(dǎo)致全局零點(diǎn)P0不可靠；而速度慢則復(fù)位過(guò)程拉長(zhǎng)，難以在快速性、可靠性及噪音等方面性能上實(shí)現(xiàn)平衡；(2)第二種做法是使步進(jìn)電機(jī)在反復(fù)的正向旋轉(zhuǎn)和反向旋轉(zhuǎn)中修改運(yùn)動(dòng)距離逐漸逼近全局零點(diǎn)P0，這樣同樣也會(huì)拉長(zhǎng)復(fù)位時(shí)間且有可能發(fā)生多次碰撞。

現(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)的回零裝置和回零方法有：

對(duì)比文件1：CN204666648U公開(kāi)一種用于儀表步進(jìn)電機(jī)的上電回零裝置，包括：驅(qū)動(dòng)芯片，用于輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制儀表步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行回零工作；運(yùn)算放大器，其輸入端與所述驅(qū)動(dòng)芯片的輸出端連接，用于調(diào)整所述驅(qū)動(dòng)芯片輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的大小；儀表步進(jìn)電機(jī)，連接所述運(yùn)算放大器的輸出端。

對(duì)比文件2：CN105666492A公開(kāi)一種SCARA機(jī)器人關(guān)節(jié)回零控制方法，包括步驟：(1)關(guān)節(jié)電機(jī)反轉(zhuǎn)并檢測(cè)零點(diǎn)；(2)當(dāng)檢測(cè)到零點(diǎn)位置時(shí)，關(guān)節(jié)電機(jī)繼續(xù)反轉(zhuǎn)；(3)關(guān)節(jié)電機(jī)正轉(zhuǎn)并檢測(cè)零點(diǎn)；(4)當(dāng)檢測(cè)到零點(diǎn)位置時(shí)，關(guān)節(jié)電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，完成回零過(guò)程。

對(duì)比文件1公開(kāi)的上電回零裝置采用驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)現(xiàn)回零工作，這種方法通用性較差，不能在微步驅(qū)動(dòng)方式下使用。對(duì)比文件2公開(kāi)的機(jī)器人關(guān)節(jié)回零控制方法，需要正反方向反復(fù)檢測(cè)零點(diǎn)位置，完成回零過(guò)程，在一定程度上會(huì)影響回零的速度和效率，且可能在反復(fù)檢測(cè)過(guò)程中發(fā)生碰撞，回零準(zhǔn)確性不佳。因此，研發(fā)一種快速可靠且調(diào)試便利的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)自檢回零方法對(duì)于舞臺(tái)燈的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的改進(jìn)和提高舞臺(tái)燈的性能具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)自檢回零的方法，該方法通過(guò)減少步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)自檢回零過(guò)程的時(shí)間和碰撞以及調(diào)試，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)快速可靠地自檢回零，具有調(diào)試便利、快速可靠的特點(diǎn)。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)自檢回零的方法，是指步進(jìn)電機(jī)從任意回零起始位置Pr出發(fā)，通過(guò)慢速與快速相互結(jié)合與切換，且只朝一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)找到全局零點(diǎn)P0，并校正到真零點(diǎn)Pa，完成自檢回零的方法；具體步驟如下：

(1)步進(jìn)電機(jī)從任意回零起始位置Pr出發(fā)朝全局零點(diǎn)P0的方向運(yùn)動(dòng)；

(2)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)以較慢速度Vs勻速朝全局零點(diǎn)P0方向運(yùn)動(dòng)，其慢速運(yùn)動(dòng)距離超過(guò)真零點(diǎn)Pa到全局零點(diǎn)P0的距離則加速；

運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)以較快速度Vq勻速朝全局零點(diǎn)P0方向運(yùn)動(dòng)，檢測(cè)到真零點(diǎn)Pa或偽零點(diǎn)Pa’減速信號(hào)則減速；

(3)通過(guò)步驟(2)中較慢速度Vs與較快速度Vq的相互結(jié)合與切換，朝一個(gè)方向以較慢速度Vs和較快速度Vq循環(huán)交替運(yùn)動(dòng)，直至找到全局零點(diǎn)P0，即止位擋桿的位置，步進(jìn)電機(jī)緊急停止，且步進(jìn)電機(jī)總是以較慢速度Vs緊急停止；

(4)找到全局零點(diǎn)P0后，以較慢速度Vs校正到真零點(diǎn)Pa，自檢回零結(jié)束。

全局零點(diǎn)P0是止位檔桿所在的位置，而真零點(diǎn)Pa是邏輯上的零點(diǎn)，在找到真零點(diǎn)Pa前必須找到全局零點(diǎn)P0。由于工作狀態(tài)都是基于邏輯上的真零點(diǎn)，因此在找到全局零點(diǎn)P0之后還需要有一個(gè)運(yùn)動(dòng)到真零點(diǎn)Pa的校正過(guò)程。

回零方向由步進(jìn)電機(jī)具體的機(jī)械結(jié)構(gòu)決定，機(jī)械結(jié)構(gòu)確定后，回零方向就確定了。

進(jìn)一步地，

步驟(2)中較快速度Vq選取的依據(jù)是當(dāng)步進(jìn)電機(jī)檢測(cè)到真零點(diǎn)Pa或偽零點(diǎn)Pa’減速信號(hào)而減速的減速距離不會(huì)超過(guò)真零點(diǎn)Pa到全局零點(diǎn)P0的距離。

進(jìn)一步地，

步驟(2)中較慢速度Vs選取的依據(jù)是步進(jìn)電機(jī)找到全局零點(diǎn)P0緊急停止時(shí)不會(huì)過(guò)沖而發(fā)生嚴(yán)重碰撞。

本方案中，步進(jìn)電機(jī)總是以較慢速度Vs緊急停止；碰撞程度可從碰到止位檔桿的力度和聲音判斷，速度較快且來(lái)不及減速都會(huì)發(fā)生嚴(yán)重碰撞。

進(jìn)一步地，

設(shè)真零點(diǎn)Pa與全局零點(diǎn)P0之間的距離為△S，△S＝Pa-P0，為了盡量減少以較慢速度Vs運(yùn)動(dòng)的時(shí)間以及以較快速度Vq運(yùn)動(dòng)減速時(shí)不會(huì)發(fā)生過(guò)沖而導(dǎo)致嚴(yán)重碰撞，Dsq≤△S≤△T*Vs，其中：Dsq為慢速Vs與快速Vq之間的加減速距離，也就是當(dāng)步進(jìn)電機(jī)檢測(cè)到真零點(diǎn)Pa或偽零點(diǎn)Pa’霍爾信號(hào)而減速的減速距離，△T為慢速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。

進(jìn)一步地，

步驟(2)中，所述真零點(diǎn)Pa或偽零點(diǎn)Pa’減速信號(hào)由設(shè)置在步進(jìn)電機(jī)上的霍爾傳感器檢測(cè)。

在本方法中，采用霍爾傳感器獲取減速信號(hào)，信號(hào)調(diào)理非常簡(jiǎn)單。

進(jìn)一步地，

步進(jìn)電機(jī)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)距離由安裝在步進(jìn)電機(jī)上的正交光電編碼器獲取。

在本方法中，正交光電編碼器的輸出作為以較慢速度運(yùn)動(dòng)時(shí)加速和碰撞停止的依據(jù)，如果慢速運(yùn)動(dòng)時(shí)間內(nèi)的一直有輸出則加速，如果沒(méi)有輸出則說(shuō)明已經(jīng)碰到止位檔桿，即到達(dá)全局零點(diǎn)P0的位置。

本發(fā)明的工作原理如下：

步進(jìn)電機(jī)從任意回零起始位置Pr慢速啟動(dòng)，朝全局零點(diǎn)P0的方向運(yùn)動(dòng)，若檢測(cè)到全局零點(diǎn)P0，即止位擋桿的位置，步進(jìn)電機(jī)緊急停止；找到全局零點(diǎn)P0后，繼續(xù)運(yùn)動(dòng)到真零點(diǎn)Pa，進(jìn)行零點(diǎn)位置的校正，自檢回零結(jié)束。找到全局零點(diǎn)P0后，以較慢速度Vs校正到真零點(diǎn)Pa，自檢回零結(jié)束。

若沒(méi)有檢測(cè)到全局零點(diǎn)P0，則判斷是否收到減速信號(hào)，若收到減速信號(hào)則做出減速處理后返回下一次判斷；若未收到減速信號(hào)，則判斷是否持續(xù)以較慢速度Vs運(yùn)動(dòng)并返回下一次判斷是否到達(dá)全局零點(diǎn)P0，若不能持續(xù)慢速則加速至較快速度Vq，并再一次判斷是否到達(dá)全局零點(diǎn)P0，如此反復(fù)執(zhí)行這一過(guò)程，直至找到全局零點(diǎn)P0，并對(duì)全局零點(diǎn)P0的位置進(jìn)行校正，完成自檢回零過(guò)程。找到全局零點(diǎn)P0后，以較慢速度Vs校正到真零點(diǎn)Pa，自檢回零結(jié)束。

在這個(gè)回零過(guò)程中，保證步進(jìn)電機(jī)總是以較慢速度Vs緊急停止，即以較慢速度Vs到達(dá)全局零點(diǎn)P0(即止位檔桿的位置)，并以較慢速度Vs校正到真零點(diǎn)Pa。

本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明通過(guò)減少步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)自檢回零過(guò)程的時(shí)間和碰撞以及調(diào)試，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)快速可靠地自檢回零，自檢回零過(guò)程快速可靠。

2、本發(fā)明提供的自檢回零方法從任意回零起始位置Pr出發(fā)，只朝一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)找到全局零點(diǎn)P0和真零點(diǎn)Pa，完成自檢回零，盡可能地減少了不必要的空閑行程，能最快地實(shí)現(xiàn)自檢回零。

3、本發(fā)明提供的自檢回零方法最多允許一次慢速碰到止位檔桿(全局零點(diǎn)P0)，能有效降低回零過(guò)程中產(chǎn)生地噪音。

4、本發(fā)明提供的自檢回零方法中，較快速度Vq選取的依據(jù)是當(dāng)步進(jìn)電機(jī)檢測(cè)到真零點(diǎn)Pa或偽零點(diǎn)Pa’霍爾信號(hào)而減速的減速距離不會(huì)超過(guò)真零點(diǎn)Pa到全局零點(diǎn)P0的距離；較慢速度Vs選取的依據(jù)是步進(jìn)電機(jī)找到全局零點(diǎn)P0緊急停止時(shí)不會(huì)過(guò)沖而發(fā)生嚴(yán)重碰撞。較快速度Vq與較慢速度Vs選取和確定的方法都非常簡(jiǎn)單，可以有效簡(jiǎn)化調(diào)試過(guò)程和調(diào)試程序。

5、本發(fā)明提供的自檢回零方法，還能幫助診斷步進(jìn)電機(jī)硬件與結(jié)構(gòu)上可能發(fā)生的故障，如：回零位置不正確則表示正交光電編碼器發(fā)生故障；若回零過(guò)程中沒(méi)有減速，則表示霍爾傳感器發(fā)生故障；若回零過(guò)程中一直發(fā)生碰撞，則表示正交光電編碼器和霍爾傳感器均發(fā)生故障；若與止位檔桿發(fā)生嚴(yán)重碰撞，則霍爾傳感器位置不合適等。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)自檢回零方法的工作原理圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)自檢回零方法的工作流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1

如圖1-2所示，本實(shí)施例提供一種步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)自檢回零的方法，是指步進(jìn)電機(jī)從任意回零起始位置Pr出發(fā)，通過(guò)慢速與快速相互結(jié)合與切換，且只朝一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)找到全局零點(diǎn)P0，并校正到真零點(diǎn)Pa，完成自檢回零的方法；具體步驟如下：

(1)步進(jìn)電機(jī)從任意回零起始位置Pr出發(fā)朝全局零點(diǎn)P0的方向運(yùn)動(dòng)；

(2)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)以較慢速度Vs勻速朝全局零點(diǎn)P0方向運(yùn)動(dòng)，其慢速運(yùn)動(dòng)距離超過(guò)真零點(diǎn)Pa到全局零點(diǎn)P0的距離則加速；

運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)以較快速度Vq勻速朝全局零點(diǎn)P0方向運(yùn)動(dòng)，檢測(cè)到真零點(diǎn)Pa或偽零點(diǎn)Pa’減速信號(hào)則減速；

(3)通過(guò)步驟(2)中較慢速度Vs與較快速度Vq的相互結(jié)合與切換，朝一個(gè)方向以較慢速度Vs和較快速度Vq循環(huán)交替運(yùn)動(dòng)，直至找到全局零點(diǎn)P0，即止位擋桿的位置，步進(jìn)電機(jī)緊急停止，且步進(jìn)電機(jī)總是以較慢速度Vs緊急停止；

(4)找到全局零點(diǎn)P0后，以較慢速度Vs校正到真零點(diǎn)Pa，自檢回零結(jié)束。

在本發(fā)明中，全局零點(diǎn)P0是止位檔桿所在的位置，而真零點(diǎn)Pa是邏輯上的零點(diǎn)，在找到真零點(diǎn)Pa前必須找到全局零點(diǎn)P0。由于工作狀態(tài)都是基于邏輯上的真零點(diǎn)，因此在找到全局零點(diǎn)P0之后還需要有一個(gè)運(yùn)動(dòng)到真零點(diǎn)Pa的校正過(guò)程。

而回零方向由步進(jìn)電機(jī)具體的機(jī)械結(jié)構(gòu)決定，機(jī)械結(jié)構(gòu)確定后，回零方向就確定了。

本實(shí)施例的步驟(2)中，

較快速度Vq選取的依據(jù)是當(dāng)步進(jìn)電機(jī)檢測(cè)到真零點(diǎn)Pa或偽零點(diǎn)Pa’減速信號(hào)而減速的減速距離不會(huì)超過(guò)真零點(diǎn)Pa到全局零點(diǎn)P0的距離。

較慢速度Vs選取的依據(jù)是步進(jìn)電機(jī)找到全局零點(diǎn)P0緊急停止時(shí)不會(huì)過(guò)沖而發(fā)生嚴(yán)重碰撞。

本方案中，步進(jìn)電機(jī)總是以較慢速度Vs緊急停止；碰撞程度可從碰到止位檔桿的力度和聲音判斷，速度較快且來(lái)不及減速都會(huì)發(fā)生嚴(yán)重碰撞。

設(shè)真零點(diǎn)Pa與全局零點(diǎn)P0之間的距離為△S，△S＝Pa-P0，為了盡量減少以較慢速度Vs運(yùn)動(dòng)的時(shí)間以及以較快速度Vq運(yùn)動(dòng)減速時(shí)不會(huì)發(fā)生過(guò)沖而導(dǎo)致嚴(yán)重碰撞，Dsq≤△S≤△T*Vs，其中：Dsq為較慢速度Vs與較快Vq之間的加減速距離，也就是當(dāng)步進(jìn)電機(jī)檢測(cè)到真零點(diǎn)Pa或偽零點(diǎn)Pa’霍爾信號(hào)而減速的減速距離，△T為慢速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。

在這個(gè)自檢回零過(guò)程中，如圖1所示，真零點(diǎn)Pa或偽零點(diǎn)Pa’減速信號(hào)由設(shè)置在步進(jìn)電機(jī)上的霍爾傳感器檢測(cè)。采用霍爾傳感器獲取減速信號(hào)，信號(hào)調(diào)理簡(jiǎn)單。

而步進(jìn)電機(jī)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)距離由安裝在步進(jìn)電機(jī)上的正交光電編碼器獲取。在本方法中，正交光電編碼器的輸出作為以較慢速度運(yùn)動(dòng)時(shí)加速和碰撞停止的依據(jù)，如果慢速運(yùn)動(dòng)時(shí)間內(nèi)的一直有輸出則加速，如果沒(méi)有輸出則說(shuō)明已經(jīng)碰到止位檔桿，即到達(dá)全局零點(diǎn)P0的位置。

如圖2所示，本方法的工作原理如下：

步進(jìn)電機(jī)從任意回零起始位置Pr慢速啟動(dòng)，朝全局零點(diǎn)P0的方向運(yùn)動(dòng)，若檢測(cè)到全局零點(diǎn)P0，即止位擋桿的位置，步進(jìn)電機(jī)緊急停止；找到全局零點(diǎn)P0后，繼續(xù)運(yùn)動(dòng)到真零點(diǎn)Pa，進(jìn)行零點(diǎn)位置的校正，自檢回零結(jié)束。找到全局零點(diǎn)P0后，以較慢速度Vs校正到真零點(diǎn)Pa，自檢回零結(jié)束。

若沒(méi)有檢測(cè)到全局零點(diǎn)P0，則判斷是否收到減速信號(hào)，若收到減速信號(hào)則做出減速處理后返回下一次判斷；若未收到減速信號(hào)，則判斷是否持續(xù)以較慢速度Vs運(yùn)動(dòng)并返回下一次判斷是否到達(dá)全局零點(diǎn)P0，若不能持續(xù)慢速則加速至較快速度Vq，并再一次判斷是否到達(dá)全局零點(diǎn)P0，如此反復(fù)執(zhí)行這一過(guò)程，直至找到全局零點(diǎn)P0，并對(duì)全局零點(diǎn)P0的位置進(jìn)行校正，完成自檢回零過(guò)程。找到全局零點(diǎn)P0后，以較慢速度Vs校正到真零點(diǎn)Pa，自檢回零結(jié)束。

在這個(gè)回零過(guò)程中，保證步進(jìn)電機(jī)總是以較慢速度Vs緊急停止，即以較慢速度Vs到達(dá)全局零點(diǎn)P0(即止位檔桿的位置)，并以較慢速度Vs校正到真零點(diǎn)Pa。

以產(chǎn)品M-L324YZ-RGBW與M-L420YZ-RGBW(由湖南明和光電設(shè)備有限公司提供)兩款搖頭燈的水平軸與垂直軸的自檢回零過(guò)程為例：

(1)兩款搖頭燈的水平軸的最大機(jī)械行程約660°，真零點(diǎn)Pa距離全局零點(diǎn)P0的距離為15°，偽零點(diǎn)Pa’距離真零點(diǎn)360°；

水平軸步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)需要回零的話，只需要根據(jù)回零過(guò)程時(shí)間上的要求，同時(shí)根據(jù)較快速度Vq和較慢速度Vs的選擇依據(jù)，設(shè)置合適的Vq和Vs，即可使步進(jìn)電機(jī)所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載從任意回零起始位置Pr快速可靠地回到零點(diǎn)位置，完成回零過(guò)程。

水平軸回零過(guò)程：如果起始位置Pr在最遠(yuǎn)端，也就是660°的地方，回零過(guò)程的時(shí)間一般控制在10-20s,為了保證步進(jìn)電機(jī)檢測(cè)到真零點(diǎn)Pa或偽零點(diǎn)Pa’減速信號(hào)而減速的減速距離不會(huì)超過(guò)真零點(diǎn)Pa到全局零點(diǎn)P0的距離(15°)且總是以較慢速度Vs達(dá)到全局零點(diǎn)P0緊急停止，Dsq≤△S≤△T*Vs，其中：Dsq為慢速Vs與快速Vq之間的加減速距離，也就是當(dāng)步進(jìn)電機(jī)檢測(cè)到真零點(diǎn)Pa或偽零點(diǎn)Pa’霍爾信號(hào)而減速的減速距離，△T為慢速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間；本實(shí)施例中：△S＝15°，選取較快速度Vq＝50°/s，Vs＝10°/s。

整個(gè)回零過(guò)程為：從起始位置Pr為660°的地方慢速啟動(dòng)，先以Vs＝10°/s運(yùn)動(dòng)15°后，正交光電編碼器一直有輸出(未到達(dá)止位檔桿P0)，然后加速到Vq＝50°/s，運(yùn)動(dòng)270°后檢測(cè)到霍爾減速信號(hào)減速到Vs；以Vs運(yùn)動(dòng)15°后，正交編碼器一直有輸出，則加速到Vq運(yùn)動(dòng)345°后檢測(cè)到霍爾減速信號(hào)減速到Vs，以Vs運(yùn)動(dòng)15°后碰到止位檔桿，正交編碼器無(wú)輸出(到達(dá)止位檔桿)，緊急停止；最后以Vs從P0朝Pa運(yùn)動(dòng)約15°，結(jié)束自檢回零；整個(gè)過(guò)程使用時(shí)間為：1.5+5.4+1.5+6.9+1.5+1.5＝18.3秒。

(2)兩款搖頭燈的垂直軸的最大行程約310°，真零點(diǎn)Pa距離全局零點(diǎn)P0的距離為10°；

同理，垂直軸步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)需要回零的話，也只需要根據(jù)回零過(guò)程時(shí)間上的要求，同時(shí)根據(jù)較快速度Vq和較慢速度Vs的選擇依據(jù)，設(shè)置合適的Vq和Vs，即可使步進(jìn)電機(jī)所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載從任意回零起始位置Pr快速可靠地回到零點(diǎn)位置，完成回零過(guò)程。

垂直軸回零過(guò)程，如果起始位置在最遠(yuǎn)端，也就是310°的地方，整個(gè)回零過(guò)程為：

從起始位置Pr為310°的地方慢速啟動(dòng)，那么先以Vs＝10°/s運(yùn)動(dòng)10°后，正交光電編碼器一直有輸出(未到達(dá)止位檔桿P0)，則加速到Vq＝50°/s運(yùn)動(dòng)290°后檢測(cè)到霍爾減速信號(hào)減速到Vs；以Vs運(yùn)動(dòng)10°后碰到止位檔桿，正交編碼器無(wú)輸出(到達(dá)止位檔桿)，緊急停止；最后以Vs從P0朝Pa運(yùn)動(dòng)約10°，結(jié)束自檢回零；整個(gè)過(guò)程使用時(shí)間為：1.0+5.8+1.0+1.0＝8.8秒。

本實(shí)施例提供的該種自檢回零方法有效地解決了M-L324YZ-RGBW與M-L420YZ-RGBW這兩款搖頭燈產(chǎn)品步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)自檢回零過(guò)程中有可能發(fā)生的快速性、可靠性及噪音等方面的問(wèn)題。

由于本實(shí)施例提供的回零方法減少了步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)自檢回零過(guò)程的時(shí)間和碰撞以及調(diào)試，因此能實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)快速可靠地自檢回零，自檢回零過(guò)程快速可靠。

本實(shí)施例提供的自檢回零方法從任意回零起始位置Pr出發(fā)，只朝一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)找到全局零點(diǎn)P0和真零點(diǎn)Pa，完成自檢回零，盡可能地減少了不必要的空閑行程，能最快地實(shí)現(xiàn)自檢回零。

本實(shí)施例提供的自檢回零方法最多允許一次慢速碰到止位檔桿(全局零點(diǎn)P0)，即碰到就停止了，如圖1所示的Pa到P0段，總是慢速運(yùn)動(dòng)的，能有效降低回零過(guò)程中產(chǎn)生地噪音。

本實(shí)施例提供的自檢回零方法中，較快速度Vq選取的依據(jù)是當(dāng)步進(jìn)電機(jī)檢測(cè)到真零點(diǎn)Pa或偽零點(diǎn)Pa’霍爾信號(hào)而減速的減速距離不會(huì)超過(guò)真零點(diǎn)Pa到全局零點(diǎn)P0的距離；較慢速度Vs選取的依據(jù)是步進(jìn)電機(jī)找到全局零點(diǎn)P0緊急停止時(shí)不會(huì)過(guò)沖而發(fā)生嚴(yán)重碰撞。較快速度Vq與較慢速度Vs選取和確定的方法都非常簡(jiǎn)單，可以有效簡(jiǎn)化調(diào)試過(guò)程和調(diào)試程序。

本實(shí)施例提供的自檢回零方法，還能幫助診斷步進(jìn)電機(jī)硬件與結(jié)構(gòu)上可能發(fā)生的故障，如：回零位置不正確則表示正交光電編碼器發(fā)生故障；若回零過(guò)程中沒(méi)有減速，則表示霍爾傳感器發(fā)生故障；若回零過(guò)程中一直發(fā)生碰撞，則表示正交光電編碼器和霍爾傳感器均發(fā)生故障；若與止位檔桿發(fā)生嚴(yán)重碰撞，則霍爾傳感器位置不合適等。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。