一种可编程步进电机回路测试仪及测试方法与流程

1.本发明涉及电机测试技术领域，特别是一种可编程步进电机回路测试仪及测试方法。


背景技术：

2.步进电机具有体积小扭矩大的特点，被广泛用于仪器仪表电子产品中，随着物联网及消费类电子行业的迅猛发展，步进电机在摄像头调焦、调姿态等场景应用中的需求量日益扩大。由于不同的电子产品具有不同的电压、转速、噪音和控制要求，并且步进电机产品对生产质量要求高，因此生产过程中对步进电机的质量检测非常重要，需要对电机进行性能测试。此外，由于步进电机的应用场景广泛，生产测试环节都需要对步进电机的应用性能进行可行性测试，包括电机的回路电压、转速、启停速度和加速度性能，因此需要一种设备能够模拟各种运动控制情况来控制步进电机的旋转运动，并且使用方便操作简单。
3.专利《步进马达测试系统及方法》(专利号cn101344577b)是一种步进电机回路检测设备，具有控制步进电机运转和停止的测试功能，没有加减速时间参数，并且不具有可编程运动控制功能。专利《一种步进电机检测方法、装置和系统》(专利号cn110187274a)是一种通过检测相电压来检测步进电机运转情况的方法，并不涉及本专利所提及的可编程的回路检测仪

技术实现要素：
。专利《一种步进电机运动状态的检测装置及方法》(专利号cn107340472b)公开了一种步进电机运动状态的检测装置及方法，具体是检测步进电机的反电动势来检测电机运转情况。
4.综上所述，目前还没有一种满足上述具有可编程运动控制功能的步进电机回路检测设备。
发明内容
5.本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种可编程步进电机回路测试仪及测试方法。
6.实现上述目的本发明的技术方案为，一种可编程步进电机回路测试仪，包括测试仪本体，所述测试仪本体包括用于保存下载的动作文件，计算动作控制参数的主控制器、用于驱动电机运动的电机驱动器、用于显示当前的电机回路电压，步距细分和脉冲频率pps参数以及当前的控制程序序号的液晶显示器、用于输入电机的脉冲频率和步距细分的按键操作面板、用于信息通讯的通讯板以及用于电压调节的电压调节器，其中，所述主控制器内置有用于数据读取的读取模块、用于数据存储的存储模块、用于控制组件运作的控制模块、用于数据算法计算的计算模块和用于检测电机回路电压，步距细分和脉冲频率pps 参数的检测模块，所述主控制器还连接有回路供电电源，所述电机驱动器连接有步进电机。
7.作为本发明的进一步说明，所述液晶显示器、按键操作面板、电压调节器分别与所述主控制器电性连接。
8.作为本发明的进一步说明，所述通讯板外接电脑端并与所述主控制器连接，所述
主控制器与所述电机驱动器电性连接。
9.作为本发明的进一步说明，所述按键操作面板为一组自恢复式按键，所述按键操作面板包含有动作执行开启和停止按钮、步距细分输入按钮、脉冲频率输入按钮。
10.作为本发明的进一步说明，所述主控制器通过检测模块在线检测当前电压值并根据设定的电压值由计算模块采用pid算法计算后输出电压控制pwm波，所述回路供电电源根据接收到的pwm波输出供电电压。
11.一种可编程步进电机回路测试仪的测试方法，可编程步进电机回路测试仪计算全时段电机运动控制的速度值并将动作文本数据转换为电机运动控制指令，包括以下步骤：
12.s1、将步进电机运动控制参数编写在电脑端的文件中，文件包含的参数包括电机回路电压、控制步距细分、文件动作和文件动作的循环次数；
13.s2、通过通讯板将主控制器和电脑端接口连接，下载动作文件并将其保存在存储模块内，主控制器内的检测模块在线检测当前电压值并根据设定的电压值由计算模块采用pid算法计算后输出电压控制pwm 波，回路供电电源根据接收到的pwm波输出供电电压、回路电压、步距细分和脉冲频率pps参数，以及当前的控制程序序号显示在液晶显示器上；
14.s3、主控制器内的计算模块计算动作控制参数，计算获得步进电机运动速度值，转换得到步进脉冲频率，然后由主控制器内的控制模块向电机驱动器输出控制脉冲和运动方向，控制电机驱动器驱动步进电机运动。
15.作为本发明的进一步说明，电机运动控制包括速度控制和位置控制，所述速度控制模式下运动速度的变化和过渡包含以下参数：速度、加速度和时间，所述位置控制模式下位置的变化和过渡包含以下参数：旋转位置、速度、加速度和时间。
16.作为本发明的进一步说明，位置控制模式下计算出相关运动参数，将动作文本转换为电机控制程序，运动步距数满足以下公式：
[0017][0018]
t＝t0 t1 t2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0019]
其中，t为本行动作的总执行时间,t0为前加减速时间，t1位中间匀速段时间，t2为后加减速时间，a0为前加减速度值，v1为中间匀速段速度值，a2为后加减速度值，前加减速时间和后加减速时间均可为零；
[0020]
t0时间段和t2时间段的速度值满足以下公式：
[0021]
v0＝v1
‑
a0
·
t0≤t≤t1
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0022]
v2＝v1 a2
·
t0≤t≤t2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0023]
作为本发明的进一步说明，速度控制模式下计算出相关运动参数，将动作文本转换为电机控制程序，运动速度满足以下公式：
[0024]
v0＝v1
‑
a0
·
t0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0025]
v2＝v1 a2
·
t2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0026]
t＝t0 t1 t2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0027]
其中，t为本行动作的总执行时间,t0为前加减速时间，t1位中间匀速段时间，t2为后加减速时间，a0为前加减速度值，v1为中间匀速段速度值，a2为后加减速度值，前加减速时间和后加减速时间均可为零。
[0028]
其有益效果在于，本步进电机回路测试仪针对目前技术上缺乏一种可编程功能的步进电机回路测试仪的问题，提供了一套采用分行排列动作指令的文本编辑方式，实现了步进电机运动命令可编程的要求，该回路测试仪能够根据电机的实际旋转要求编写动作文本，自动转换为电机控制指令，从而对电机的运动性能进行测试，包括电机的回路电压、转速、启停速度和加速度性能，降低了电机测试人员的专业技术要求，降低了电机生产企业人员管理难度，并提高了生产检测效率。
附图说明
[0029]
图1是本发明的结构示意图；
[0030]
图2是主控制器的结构框图；
[0031]
图3是本发明文件动作行的执行流程框图；
[0032]
图中，1、电脑端；2、通讯板；3、液晶显示器；4、主控制器；41、存储模块；42、读取模块；43、计算模块；44、控制模块；45、检测模块；5、电压调节器；6、按键操作面板；7、回路供电电源；8、电机驱动器；9、步进电机。
具体实施方式
[0033]
由于消费类电子产品中广泛应用了步进电机，对产品质量要求严苛，而目前步进电机生产质量检测主要借助多种通用设备进行测试，测试效率与准确率有待进一步提高。其次，由于不同的电子产品采用不同的电压，并且对步进电机的转速、噪音和控制有不同的要求，因此，需要一种可编程的电机回路测试仪器，能够根据实际应用需求，编写出对应的电机动作指令，从而对电机的运动性能进行测试，并且由于测试仪不仅面向电机开发人员，还面向产线操作人员，因此使用上要方便操作简单，但是实际应用中电机的运动动作种类多，无法事先预设定，因此，还需要一种新的方法来测试步进电机，最好电机回路测试仪器能将电机动作通过一套规范化的文件编写方式进行编程化，实现电机控制程序的可编程功能，为此本发明提供了一种可编程步进电机回路测试仪及测试方法。
[0034]
下面结合附图对本发明进行具体描述，该可编程步进电机回路测试仪主要包括测试仪本体，如图1所示，测试仪本体由几个模块组成，分别为主控制器4、电机驱动器8、液晶显示器3、按键操作面板6、通讯板2、电压调节器5以及回路供电电源7，其中液晶显示器 3、按键操作面板6、电压调节器5分别与主控制器4电性连接，主控制器4与电机驱动器8电性连接，电机驱动器8连接有步进电机9，通讯板2外接电脑端1并与主控制器4连接，如图2所示，在主控制器内还内置有用于数据读取的读取模块42、用于数据存储的存储模块41、用于控制组件运作的控制模块44、用于数据算法计算的计算模块43和用于检测电机回路电压，步距细分和脉冲频率pps参数的检测模块45，具体工作时，通过通讯板2连接主控制器4和电脑端1usb口，接收电脑下载的动作文件数据，然后主控制器4会将通讯板2传送过来的动作文件下载保存在存储模块41内，读取模块42会根据需要自动读取保存在存储模块41内的动作文本数据，计算模块43会根据动作文本数据计算动作控制参数并将参数发送给控制模块44，有控制模块44输出控制脉冲和运动方向，控制电机驱动器8驱动电机运动；液晶显示器3用于显示各种参数，包括当前的电机回路电压，步距细分和脉冲频率pps参数，以及当前的控制程序序号；按键操作面板6是一组自恢复式按键，用于输入控制电机的脉冲频率、步距
细分，选择控制程序序号，并且包含了动作执行开启和停止按钮；电压调节器5采用旋钮方式更改电机回路电压目标值到主控制器4，具体实现方式为：主控制器通过检测模块45在线检测当前电压值并根据设定的电压值由计算模块43采用pid算法计算后输出电压控制pwm波，回路供电电源根据接收到的pwm波输出供电电压。
[0035]
电脑端1编写的文件通过usb下载到测试仪器内存上可永久保存，下次使用可以直接调用程序进行电机测试；采用本测试仪器就能根据实际需求编写动作文件，实现步进电机9生产和应用开发中的各种电机运动控制测试，该测试仪可计算全时段电机运动控制的速度值并将动作文本数据转换为电机运动控制指令，使用该仪器的具体测试方法包括以下步骤：
[0036]
s1、将步进电机9运动控制参数编写在电脑端1的文件中，文件包含的参数包括电机回路电压、控制步距细分、文件动作和文件动作的循环次数；
[0037]
s2、通过通讯板2将主控制器4和电脑端1接口连接，下载动作文件并将其保存在存储模块41内，主控制器4内的检测模块45在线检测当前电压值并根据设定的电压值由计算模块43采用pid算法计算后输出电压控制pwm波，回路供电电源7根据接收到的pwm波输出供电电压、回路电压、步距细分和脉冲频率pps参数，以及当前的控制程序序号显示在液晶显示器3上；
[0038]
s3、主控制器4内的计算模块43计算动作控制参数，计算获得步进电机9运动速度值，转换得到步进脉冲频率，然后由主控制器4内的控制模块44向电机驱动器8输出控制脉冲和运动方向，控制电机驱动器8驱动步进电机9运动。
[0039]
可编程电机回路测试仪将动作文本数据转换为电机运动控制指令的关键是要计算出全时段电机运动控制的速度值，实际应用中电机的运动控制包括速度控制和位置控制两种类型。
[0040]
速度控制模式下运动速度的变化和过渡体现在3个运动参数，即速度(含方向)、加速度、时间，其中加速度可以利用速度差和加速时间计算，因此可以用运动总时间、运动速度(含方向)、加速时间来替代。位置控制模式下位置的变化和过渡体现在4个运动参数，旋转位置(含方向)、速度、加速度、时间，其中加速度可以利用速度差和加速时间计算，速度可以利用位置差和运动时间计算，因此可以用运动总时间、旋转位置(含方向)、加速时间来替代。
[0041]
下文按照位置控制模式和速度控制模式，说明具体实现方式：
[0042]
1、位置控制模式的动作文本实施例说明如下：
[0043][0044]
其中，第一行的首个数字2代表位置控制模式(速度控制模式为数字1)，第二个数字8代表步距细分值，第三个带小数的数字3.66 代表电机回路电压值3.66v，第四个数字代表从第三行开始到第十行的动作循环执行次数为10次。
[0045]
从第二行开始为动作序列，每一行都包含5个数值。以第二行说明，第一个数值代表本行动作的执行时间3000ms，第二个数值代表加减速时间50ms，第三个数值代表本行动作的电机运动总步数100(位置控制模式)，第四个数值代表加减速时间90ms，第五个数值代表本行动作的电机运动方向(1和2分别表示正时针和逆时针方向)。
[0046]
动作文本转换为电机运动控制程序需要计算出相关运动参数，包括加减速度以及区段速度值，才能用于控制电机的运动。
[0047]
本行的运动步距数满足下列公式：
[0048][0049]
t＝t0 t1 t2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0050]
其中，t为本行动作的总执行时间,t0为前加减速时间，t1位中间匀速段时间，t2为后加减速时间，a0为前加减速度值，v1为中间匀速段速度值，a2为后加减速度值，前加减速时间和后加减速时间均可为零。第五行动作没有速度输出，则为停止等待1000ms。
[0051]
因此，t0时间段和t2时间段的速度值公式为：
[0052]
v0＝v1
‑
a0
·
t 0≤t≤t1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0053]
v2＝v1 a2
·
t 0≤t≤t2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0054]
2、速度控制模式的动作文本实施例说明如下：
[0055][0056]
其中，第一行的首个数字1代表速度控制模式(位置控制模式为数字2)，第二个数字8代表步距细分值，第三个带小数的数字3.66 代表电机回路电压值3.66v，第四个数字代表从第三行开始到第十行的动作循环执行次数为10次。
[0057]
从第二行开始为动作序列，每一行都包含5个数值。以第二行说明，第一个数值代表本行动作的执行时间3000ms，第二个数值代表加减速时间50ms，第三个数值代表本行动作的电机运动速度100pps(速度控制模式)，第四个数值代表加减速时间90ms，第五个数值代表本行动作的电机运动方向(1和2分别表示正时针和逆时针方向)。
[0058]
动作文本转换为电机运动控制程序需要计算出相关运动参数，包括加减速度以及区段速度值，才能用于控制电机的运动。
[0059]
本行的运动速度满足下列公式：
[0060]
v0＝v1
‑
a0
·
t0
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0061]
v2＝v1 a2
·
t2
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0062]
t＝t0 t1 t2
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0063]
其中，t为本行动作的总执行时间,t0为前加减速时间，t1位中间匀速段时间，t2为后加减速时间，a0为前加减速度值，v1为中间匀速段速度值，a2为后加减速度值，前加减速时间和后加减速时间均可为零。第五行动作没有速度输出，则为停止等待1000ms。
[0064]
通过在电脑上编写文件来实现电机运动控制，具体是将电机运动控制参数编写在电脑端的文件中，文件包含的参数包括电机回路电压、控制步距细分、文件动作的循环次数。文件中的动作以动作行的方式依次排列，每一行动作包含该行的运动总时间t、前加减速时间t0、速度pps或者转动位置个数p、后加减速时间t2、运动方向。其中，t ≥t0 t2，并且速度控制模式下采用速度pps参数，位置控制模式下采用转动位置个数p参数，文件动作行的执行方式如图2所示，只有全部动作执行完，执行动作才会停止。
[0065]
该可编程步进电机回路测试仪及方法可扩展其她类型电机回路测试仪上，通过该可编程方式，可以方便步进电机生产厂通过直观的文件定义方式编写步进电机动作命令，对步进电机的性能和特性进行测试，大大节省了电机回路测试过程的投入，降低了电机生产企业人员管理难度，并提高了生产检测效率。
[0066]
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员
对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。