為了在開環(huán)狀態(tài)下使步進(jìn)電機(jī)抵達(dá)更高的操控精度，這篇文章引進(jìn)離散化指數(shù)函數(shù)曲線操控步進(jìn)電機(jī)的發(fā)動和中止進(jìn)程。經(jīng)過對初始頻率數(shù)組進(jìn)行優(yōu)化運算，得到最高運轉(zhuǎn)速度可變的加快曲線，并運用單片機(jī)電路完結(jié)步進(jìn)電機(jī)的操控體系。試驗結(jié)果標(biāo)明，該體系具有較高的操控精度，并降低了規(guī)劃本錢。
步進(jìn)電機(jī)是一種將數(shù)字脈沖量轉(zhuǎn)換為運轉(zhuǎn)間隔或許旋轉(zhuǎn)視點的電氣器件。
在電機(jī)可接受的負(fù)載范圍內(nèi)，電機(jī)旋轉(zhuǎn)的視點只收到脈沖個數(shù)的操控，電機(jī)運轉(zhuǎn)速度只收到脈沖頻率的操控。因為電機(jī)的運轉(zhuǎn)的進(jìn)程中，運轉(zhuǎn)間隔和運轉(zhuǎn)速度與負(fù)載的改動量無關(guān)（在規(guī)定的負(fù)載范圍內(nèi)），在一些操控簡略或需求低本錢的運動操控體系中，常會用步進(jìn)電機(jī)。運用步進(jìn)電機(jī)最大的優(yōu)勢是：以開環(huán)的方式來操控方位和速度，大大降低了本錢。但因為負(fù)載方位對操控電路沒有反應(yīng)，步進(jìn)電機(jī)對就每個脈沖都有必要正確呼應(yīng)。假如脈沖頻率挑選不妥，步進(jìn)電機(jī)就不能移動到新的方位。負(fù)載實踐方位相對于操控器所等待的方位呈現(xiàn)持久差錯，即發(fā)生失步表象或過沖表象。失步和過沖表象別離呈如今步進(jìn)電機(jī)發(fā)動和中止期間。失步是指對某些脈沖沒有呼應(yīng)而沒有運動到指定的方位。過沖和失步相反，運轉(zhuǎn)間隔超越了指定間隔。因此，在步進(jìn)電機(jī)開環(huán)操控體系中，有必要避免失步和過沖，步進(jìn)電機(jī)才干依照操控進(jìn)行精準(zhǔn)的走位。
通常步進(jìn)電機(jī)的發(fā)動頻率比較低，而體系的運轉(zhuǎn)速度則需求越高越好。假如步進(jìn)電機(jī)運轉(zhuǎn)速度直接起轉(zhuǎn)，則會因為超出發(fā)動速度而發(fā)生堵轉(zhuǎn)，電機(jī)不能發(fā)動。體系抵達(dá)終點時當(dāng)即中止發(fā)送脈沖，令步進(jìn)電機(jī)當(dāng)即中止，因為慣性的效果，步進(jìn)電機(jī)中止方位則會超出體系預(yù)期方位。
為了使步進(jìn)電機(jī)在運轉(zhuǎn)進(jìn)程中不會呈現(xiàn)失步和過沖表象，在電機(jī)的發(fā)動和中止期間，應(yīng)該參加合適的加減速操控。
1. 加減速曲線的挑選
步進(jìn)電機(jī)的加減速曲線通常有三種，別離為階梯型、直線型、指數(shù)型。
指數(shù)型加快曲線在發(fā)動時，加快度最大，隨著速度的添加，加快度逐步減小，當(dāng)速度抵達(dá)運轉(zhuǎn)速度時，加快度降至最低。指數(shù)加減速曲線最契合負(fù)載轉(zhuǎn)矩的改動狀況，合適各種狀況下的步進(jìn)電機(jī)運用。
其中vm為步進(jìn)電機(jī)運轉(zhuǎn)的發(fā)動速度，v0為步進(jìn)電機(jī)的運轉(zhuǎn)的最高速度，τ為時刻常數(shù)，依據(jù)試驗來斷定其值的巨細(xì)。
2. 操控器的硬件電路
按鍵電路負(fù)責(zé)現(xiàn)場操控電機(jī)的方位；而紅外接納電路經(jīng)過接納紅外線發(fā)射器的操控信號，長途遙控電機(jī)的方位；顯現(xiàn)電路為了顯現(xiàn)當(dāng)時電機(jī)所在的方位，便于丈量操控精度；限位開關(guān)為磁性觸摸開關(guān)構(gòu)成，為了避免電機(jī)運轉(zhuǎn)超越約束方位；串行通訊接口為了給單片機(jī)發(fā)送電機(jī)的最高運轉(zhuǎn)速度。
單片機(jī)選用德州儀器公司的MSP430F5438，該單片機(jī)的最大特點是運轉(zhuǎn)速度快，功耗低，具有256K+512B的flash 存儲器，能夠用來存儲加快曲線數(shù)據(jù)。
3. 操控器的軟件算法
步進(jìn)電機(jī)的運轉(zhuǎn)速度是經(jīng)過接納脈沖的頻率來操控的。單片機(jī)經(jīng)過計時器的中止發(fā)生走步脈沖，所以能夠經(jīng)過改動單片機(jī)計數(shù)器的初始值來改動脈沖頻率。
將指數(shù)型曲線離散化后，改動脈沖頻率，就能夠使步進(jìn)電機(jī)依照指數(shù)加減速曲線運轉(zhuǎn)。經(jīng)過大量的試驗數(shù)據(jù)，當(dāng)τ=1.435時，加快進(jìn)程較為滑潤。將加快進(jìn)程離散為200段，每段的時刻大概在25ms擺布。將此段電機(jī)運轉(zhuǎn)的速度轉(zhuǎn)化為計數(shù)器初始值，并依據(jù)此段脈沖頻率計算出此段的脈沖個數(shù)。將每段的計數(shù)器初始值和脈沖個數(shù)固化為數(shù)據(jù)數(shù)組，在每個計時器中止中判斷是否完結(jié)該段進(jìn)程，即可完結(jié)加快曲線。
為了使電機(jī)的最高運轉(zhuǎn)速度能夠依據(jù)外部設(shè)定而改動，如今只將初始加快曲線貯存在數(shù)組中，初始頻率值為：
依照該初始加快曲線，電機(jī)呼應(yīng)的最高頻率是1Hz。將期望電機(jī)運轉(zhuǎn)的最高頻率fm經(jīng)過串口輸入單片機(jī)，之后經(jīng)過計算出每段的運轉(zhuǎn)頻率和脈沖個數(shù)。經(jīng)過以上規(guī)劃，就能夠使步進(jìn)電機(jī)依照指數(shù)型加減速曲線以最高頻率fm運轉(zhuǎn)，fm值能夠經(jīng)過外部設(shè)定而改動。
4. 操控精度測驗
操控電機(jī)每次走5mm，運用50分度的游標(biāo)卡尺丈量每次走步電機(jī)運轉(zhuǎn)的間隔。依據(jù)5次走步的間隔數(shù)據(jù)，計算出走步精度。
經(jīng)過數(shù)據(jù)，能夠得出，電機(jī)運轉(zhuǎn)間隔的相對差錯盡在0.04%，操控精度適當(dāng)高。
試驗標(biāo)明，經(jīng)過參加指數(shù)型加減速曲線，使步進(jìn)電機(jī)在開環(huán)的狀況下抵達(dá)了很高的運轉(zhuǎn)精度，大大降低了操控本錢。
5. 結(jié)束語
這篇文章經(jīng)過單片機(jī)及簡略的外部電路，完結(jié)了最高運轉(zhuǎn)速度可變的步進(jìn)電機(jī)操控器。盡管該操控器運轉(zhuǎn)在開環(huán)狀態(tài)下，可是因為引進(jìn)了指數(shù)型加減速曲線，使得步進(jìn)電機(jī)的走步精度抵達(dá)了較高的水平，降低了設(shè)備本錢。
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