CN112412636B - 基于步进电机控制工程机械发动机转速的方法和*** - Google Patents

基于步进电机控制工程机械发动机转速的方法和*** Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于步进电机控制工程机械发动机转速的方法和***，应用于步进电机，步进电机输出端与目标发动机的油门相连接，目标发动机为工程机械发动机；方法包括：获取目标转速；通过目标传感器实时获取目标发动机的油门的当前位置所对应的第一电信号；基于第一预设曲线，确定目标转速对应的第二电信号；基于第一电信号和第二电信号，控制步进电机的转动，以使步进电机控制油门的位置发生变化。本发明解决了现有技术中存在的电机转速调节累计偏差较大的技术问题。

Description

基于步进电机控制工程机械发动机转速的方法和***
技术领域
本发明涉及工程机械技术领域，尤其是涉及一种基于步进电机控制工程机械发动机转速的方法和***。
背景技术
步进电机的控制可以概括为通过给步进电机发送一定数量的脉冲信号来驱动电机运行，电机运行的距离由脉冲个数来决定。当前，很多工程机械也使用步进电机来控制发动机的油门开度，从而控制发动机的转速，其控制方式为：调试机械时，首先根据该步进电机的频率与输出特性选择一个电机输出频率，然后根据每一档位的发动机转速对应的油门位置计算将驱动步进电机将油门位置调节到此处需要的脉冲个数并且记录到控制器中，以后控制器在控制步进电机时只需要按照***中记录的各档油门位置需要的脉冲数发送相应数量的脉冲，油门就可以调节到设定的位置了。
上述步进电机控制发动机转速的方法，简单，容易实施，但是由于步进电机本身就特有的“丢步”现象，在频率较高，负载较重，或转换方向时，就会产生脉冲丢失现象，从而影响电机的实际运行距离，并还会在多次运行后还会产生累计误差，导致调节次数越多，累计的偏差就越大。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于步进电机控制工程机械发动机转速的方法和***，以缓解现有技术中存在的电机转速调节累计偏差较大的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种基于步进电机控制工程机械发动机转速的方法，应用于步进电机，所述步进电机输出端与目标发动机的油门相连接，所述目标发动机为工程机械发动机；包括：获取目标转速；所述目标转速为所述目标发动机待调整转速；通过目标传感器实时获取所述目标发动机的油门的当前位置所对应的第一电信号；所述第一电信号为以下任一项：电压信号，电流信号；所述目标传感器为所述油门的位置传感器；基于第一预设曲线，确定所述目标转速对应的第二电信号；所述第一预设曲线为所述目标发动机在不同转速对应所述目标传感器基于所述油门的位置产生的电信号的关系曲线；所述第二电信号为与所述第一电信号相同类型的电信号；基于所述第一电信号和所述第二电信号，控制所述步进电机的转动，以使所述步进电机控制所述油门的位置发生变化。
进一步地，基于所述第一电信号和所述第二电信号，控制所述步进电机的转动，包括：计算所述第一电信号和所述第二电信号的差值，得到目标差值；基于所述目标差值的正负，确定所述步进电机的转动方向；基于所述目标差值的大小和第二预设曲线，确定控制所述步进电机的脉冲信号的脉冲频率；所述第二预设曲线为所述目标差值的大小与控制所述步进电机的脉冲信号的脉冲频率的关系曲线；基于所述转动方向和所述脉冲频率控制所述步进电机的转动，直到所述目标差值的大小小于预设阈值停止转动。
进一步地，基于所述目标差值的正负，确定所述步进电机的转动方向，包括：判断所述目标差值是否为正数；若是，则控制所述步进电机的转动方向为正向转动；若否，则控制所述步进电机的转动方向为反向转动。
进一步地，所述方法还包括：基于所述目标传感器在所述目标发动机在不同转速下的电信号值，确定所述第一预设曲线。
第二方面，本发明实施例还提供了一种基于步进电机控制工程机械发动机转速的***，应用于步进电机，所述步进电机输出端与目标发动机的油门相连接，所述目标发动机为工程机械发动机；包括：第一获取模块，第二获取模块，第一确定模块和控制模块，其中，所述第一获取模块，用于获取目标转速；所述目标转速为所述目标发动机待调整转速；所述第二获取模块，用于通过目标传感器实时获取所述目标发动机的油门的当前位置所对应的第一电信号；所述第一电信号为以下任一项：电压信号，电流信号；所述目标传感器为所述油门的位置传感器；所述第一确定模块，用于基于第一预设曲线，确定所述目标转速对应的第二电信号；所述第一预设曲线为所述目标发动机在不同转速对应所述目标传感器基于所述油门的位置产生的电信号的关系曲线；所述第二电信号为与所述第一电信号相同类型的电信号；所述控制模块，用于基于所述第一电信号和所述第二电信号，控制所述步进电机的转动，以使所述步进电机控制所述油门的位置发生变化。
进一步地，所述控制模块还包括：计算单元，第一确定单元，第二确定单元和控制单元，其中，所述计算单元，用于计算所述第一电信号和所述第二电信号的差值，得到目标差值；所述第一确定单元，用于基于所述目标差值的正负，确定所述步进电机的转动方向；所述第二确定单元，用于基于所述目标差值的大小和第二预设曲线，确定控制所述步进电机的脉冲信号的脉冲频率；所述第二预设曲线为所述目标差值的大小与控制所述步进电机的脉冲信号的脉冲频率的关系曲线；所述控制单元，用于基于所述转动方向和所述脉冲频率控制所述步进电机的转动，直到所述目标差值的大小小于预设阈值停止转动。
进一步地，所述第一确定单元还用于：判断所述目标差值是否为正数；若是，则控制所述步进电机的转动方向为正向转动；若否，则控制所述步进电机的转动方向为反向转动。
进一步地，所述***还包括：第二确定模块，用于基于所述目标传感器在所述目标发动机在不同转速下的电信号值，确定所述第一预设曲线。
第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面所述的方法的步骤。
第四方面，本发明实施例还提供了一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，所述程序代码使所述处理器执行上述第一方面所述方法。
本发明提供了一种基于步进电机控制工程机械发动机转速的方法和***，通过步进电机位置的反馈电信号来实现步进电机精确控制，不再记录脉冲个数，避免了脉冲数量控制过程中“丢步”带来的误差过大问题，缓解了现有技术中存在的电机转速调节累计偏差较大的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于步进电机控制工程机械发动机转速的方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种基于步进电机控制工程机械发动机转速的***的示意图；
图3为本发明实施例提供的一种控制模块的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
图1是根据本发明实施例提供的一种基于步进电机控制工程机械发动机转速的方法的流程图，该方法应用于步进电机，步进电机输出端与目标发动机的油门相连接，步进电机的转动可以带动油门的位置变动，从而控制目标发动机的转速，目标发动机为工程机械发动机。如图1所示，该方法具体包括如下步骤：
步骤S102，获取目标转速；目标转速为目标发动机待调整转速。
步骤S104，通过目标传感器实时获取目标发动机的油门的当前位置所对应的第一电信号；第一电信号为以下任一项：电压信号，电流信号；目标传感器为油门的位置传感器。
具体地，通过在步进电机的输出装置上安装固定的位置传感器(即目标传感器)，可以使目标发动机的油门在最大位置和最小位置(即熄火位置)之间的位置时，令步进电机通过目标传感器获得一个线性的反馈电信号，例如可以是0～5V的电压信号，或者4～20mA的电流信号。
步骤S106，基于第一预设曲线，确定目标转速对应的第二电信号；第一预设曲线为目标发动机在不同转速对应目标传感器基于油门的位置产生的电信号的关系曲线；第二电信号为与第一电信号相同类型的电信号。例如，第一电信号为电压信号时，第二电信号也为电压信号；第一电信号为电流信号时，第二电信号也为电流信号。
步骤S108，基于第一电信号和第二电信号，控制步进电机的转动，以使步进电机控制油门的位置发生变化，进而控制目标发动机的转速发生变化，使得目标发动机的转速调整为目标转速。
本发明提供了一种基于步进电机控制工程机械发动机转速的方法，通过步进电机位置的反馈电信号来实现步进电机精确控制，不再记录脉冲个数，避免了脉冲数量控制过程中“丢步”带来的误差过大问题，缓解了现有技术中存在的电机转速调节累计偏差较大的技术问题。
可选地，步骤S108具体包括如下步骤：
步骤S1081，计算第一电信号和第二电信号的差值，得到目标差值。
步骤S1082，基于目标差值的正负，确定步进电机的转动方向。
具体地，判断目标差值是否为正数；若是，则控制步进电机的转动方向为正向转动；若否，则控制步进电机的转动方向为反向转动。
步骤S1083，基于目标差值的大小和第二预设曲线，确定控制步进电机的脉冲信号的脉冲频率；第二预设曲线为目标差值的大小与控制步进电机的脉冲信号的脉冲频率的关系曲线。
可选地，当目标差值越大时，脉冲频率越高，控制步进电机转动的速度越快；目标差值越小，脉冲频率越低，控制步进电机转动的速度越慢。
步骤S1084，基于转动方向和脉冲频率控制步进电机的转动，直到目标差值的大小小于预设阈值停止转动。
具体地，在控制步进电机的转动同时，油门的位置会跟着发生变化，目标传感器会根据油门的位置变化实时获取第一电信号，从而使得目标差值也在实时跟着变化，当目标差值的大小小于预设阈值时，控制步进电机停止转动，此时目标发动机的转速即为目标转速。
可选地，本发明实施例提供的方法还包括：基于目标传感器在目标发动机在不同转速下的电信号值，确定第一预设曲线。
需要说明的是，步进电机的输出频率与力矩密切相关，所以脉冲频率设定时要满足机械结构要求的力矩，保证机械结构能够正常运行；控制步进电机时为了防止产生正反方向的震荡运行，导致发动机转速忽高忽低，必须要在电机启动与停止的控制上加入滞环控制。
本发明实施例提供的一种基于步进电机控制工程机械发动机转速的方法，主要通过步进电机位置的反馈信号来实现步进电机精确控制，不再记录脉冲个数，避免了脉冲数量控制过程中“丢步”带来的误差过大问题；同时利用位置反馈信号的控制方式，可以根据距离以及负载的变化情况，基于脉冲频率动态调节步进电机输出频率，实现步进电机变频运行，控制更加精准，并且在转速标定过程中很容易实现全自动标定，大幅提高调试效率。
实施例二：
图2是根据本发明实施例提供的一种基于步进电机控制工程机械发动机转速的***的示意图，该***应用于步进电机，步进电机输出端与目标发动机的油门相连接，步进电机的转动可以带动油门的位置变动，从而控制目标发动机的转速，目标发动机为工程机械发动机。如图2所示，该***包括：第一获取模块10，第二获取模块20，第一确定模块30和控制模块40。
具体地，第一获取模块10，用于获取目标转速；目标转速为目标发动机待调整转速。
第二获取模块20，用于通过目标传感器实时获取目标发动机的油门的当前位置所对应的第一电信号；第一电信号为以下任一项：电压信号，电流信号；目标传感器为油门的位置传感器。
第一确定模块30，用于基于第一预设曲线，确定目标转速对应的第二电信号；第一预设曲线为目标发动机在不同转速对应目标传感器基于所述油门的位置产生的电信号的关系曲线；第二电信号为与第一电信号相同类型的电信号。
控制模块40，用于基于第一电信号和第二电信号，控制步进电机的转动，以使步进电机控制油门的位置发生变化，进而控制目标发动机的转速发生变化，使得目标发动机的转速调整为目标转速。
本发明提供了一种基于步进电机控制工程机械发动机转速的***，通过步进电机位置的反馈电信号来实现步进电机精确控制，不再记录脉冲个数，避免了脉冲数量控制过程中“丢步”带来的误差过大问题，缓解了现有技术中存在的电机转速调节累计偏差较大的技术问题。
可选地，如图2所示，该***还包括：第二确定模块50，用于基于目标传感器在目标发动机在不同转速下的电信号值，确定第一预设曲线。
图3是根据本发明实施例提供的一种控制模块的示意图，如图3所示，控制模块40还包括：计算单元41，第一确定单元42，第二确定单元43和控制单元44。
具体地，计算单元41，用于计算第一电信号和第二电信号的差值，得到目标差值。
第一确定单元42，用于基于目标差值的正负，确定步进电机的转动方向。
具体地，第一确定单元42还用于：判断目标差值是否为正数；若是，则控制步进电机的转动方向为正向转动；若否，则控制步进电机的转动方向为反向转动。
第二确定单元43，用于基于目标差值的大小和第二预设曲线，确定控制步进电机的脉冲信号的脉冲频率；第二预设曲线为目标差值的大小与控制步进电机的脉冲信号的脉冲频率的关系曲线。
控制单元44，用于基于转动方向和脉冲频率控制步进电机的转动，直到目标差值的大小小于预设阈值停止转动。
本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述实施例一中的方法的步骤。
本发明实施例还提供了一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，程序代码使处理器执行上述实施例一中的方法。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种基于步进电机控制工程机械发动机转速的方法，应用于步进电机，所述步进电机输出端与目标发动机的油门相连接，所述目标发动机为工程机械发动机；其特征在于，包括：
获取目标转速；所述目标转速为所述目标发动机待调整转速；
通过目标传感器实时获取所述目标发动机的油门的当前位置所对应的第一电信号；所述第一电信号为以下任一项：电压信号，电流信号；所述目标传感器为所述油门的位置传感器；
基于第一预设曲线，确定所述目标转速对应的第二电信号；所述第一预设曲线为所述目标发动机在不同转速对应所述目标传感器基于所述油门的位置产生的电信号的关系曲线；所述第二电信号为与所述第一电信号相同类型的电信号；
基于所述第一电信号和所述第二电信号，控制所述步进电机的转动，以使所述步进电机控制所述油门的位置发生变化；所述基于所述第一电信号和所述第二电信号，控制所述步进电机的转动，包括：
计算所述第一电信号和所述第二电信号的差值，得到目标差值；
基于所述目标差值的正负，确定所述步进电机的转动方向；
基于所述目标差值的大小和第二预设曲线，确定控制所述步进电机的脉冲信号的脉冲频率；所述第二预设曲线为所述目标差值的大小与控制所述步进电机的脉冲信号的脉冲频率的关系曲线；
基于所述转动方向和所述脉冲频率控制所述步进电机的转动，直到所述目标差值的大小小于预设阈值停止转动。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述目标差值的正负，确定所述步进电机的转动方向，包括：
判断所述目标差值是否为正数；
若是，则控制所述步进电机的转动方向为正向转动；
若否，则控制所述步进电机的转动方向为反向转动。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
基于所述目标传感器在所述目标发动机在不同转速下的电信号值，确定所述第一预设曲线。
4.一种基于步进电机控制工程机械发动机转速的***，应用于步进电机，所述步进电机输出端与目标发动机的油门相连接，所述目标发动机为工程机械发动机；其特征在于，包括：第一获取模块，第二获取模块，第一确定模块和控制模块，其中，
所述第一获取模块，用于获取目标转速；所述目标转速为所述目标发动机待调整转速；
所述第二获取模块，用于通过目标传感器实时获取所述目标发动机的油门的当前位置所对应的第一电信号；所述第一电信号为以下任一项：电压信号，电流信号；所述目标传感器为所述油门的位置传感器；
所述第一确定模块，用于基于第一预设曲线，确定所述目标转速对应的第二电信号；所述第一预设曲线为所述目标发动机在不同转速对应所述目标传感器基于所述油门的位置产生的电信号的关系曲线；所述第二电信号为与所述第一电信号相同类型的电信号；
所述控制模块，用于基于所述第一电信号和所述第二电信号，控制所述步进电机的转动，以使所述步进电机控制所述油门的位置发生变化；所述控制模块还包括：计算单元，第一确定单元，第二确定单元和控制单元，其中，
所述计算单元，用于计算所述第一电信号和所述第二电信号的差值，得到目标差值；
所述第一确定单元，用于基于所述目标差值的正负，确定所述步进电机的转动方向；
所述第二确定单元，用于基于所述目标差值的大小和第二预设曲线，确定控制所述步进电机的脉冲信号的脉冲频率；所述第二预设曲线为所述目标差值的大小与控制所述步进电机的脉冲信号的脉冲频率的关系曲线；
所述控制单元，用于基于所述转动方向和所述脉冲频率控制所述步进电机的转动，直到所述目标差值的大小小于预设阈值停止转动。
5.根据权利要求4所述的***，其特征在于，所述第一确定单元还用于：
判断所述目标差值是否为正数；
若是，则控制所述步进电机的转动方向为正向转动；
若否，则控制所述步进电机的转动方向为反向转动。
6.根据权利要求4所述的***，其特征在于，所述***还包括：第二确定模块，用于基于所述目标传感器在所述目标发动机在不同转速下的电信号值，确定所述第一预设曲线。
7.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至3任一项所述的方法的步骤。
8.一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其特征在于，所述程序代码使所述处理器执行所述权利要求1至3任一项所述方法。
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