步进电机加减速方法

     只能够由数字信号控制运行的,当脉冲提供给驱动器时,在过于短的时间里,步进电机控制系统发出的脉冲数太多,也就是脉冲频率过高,将导致步进电机堵转。要解决这个问题,必须采用加减速的办法。就是说,在步进电机起步时,要给逐渐升高的脉冲频率,减速时的脉冲频率需要逐渐减低。这就是我们常说的“加减速”方法。   

      步进电机转速度,是根据输入的脉冲信号的变化来改变的。从理论上讲,给驱动器一个脉冲,步进电机就旋转一个步距角(细分时为一个细分步距角)。实际上,如果脉冲信号变化太快,步进电机由于内部的反向电动势的阻尼作用,转子与定子之间的磁反应将跟随不上电信号的变化,将导致堵转和丢步。
   所以步进电机在高速启动时,需要采用脉冲频率升速的方法,在停止时也要有降速过程,以保证实现步进电机精密定位控制。加速和减速的原理是一样的。
   在步进电机控制中往往需要对步进电机进行加减速控制,以达到平缓启停或者达到较高转速而不失步停转的目的,而在加减速控制中控制方法有两类:
 
    1.查表法;
 
    查表法简单来说就是通过曲线公式预先计算出加速过程的各个点,再将该点转化为定时器的比较匹配值,载入数组中,查询数组值即可达到加减速的目的。优点是运算速度快,占用较少的CPU资源,缺点也很明显。    1.占用较大的存储空间,一般加速的点数都在300-2000点(细分更高的画可能会更高),若想获得更平滑的效果,点数甚至更高,这将会占用大量的单片机内存或者程序存储空间,如果系统支持一般推荐将数组保存在单片机的程序存储空间,以节省宝贵的Ram资源,例如在Arduino uno 中,若直接采样2000点放到数组里内存直接爆满(328的运行内存2K....)!,好在他提供了 PROGMEM 的操作方式,可以将数组保存到程序存储空间。再用 OCR1A =  pgm_read_word_near(&AccStep[acc_count]);将数组读出。具体实现方法文后有详细说明。2.更改速度、加速度等不方便,每次更改速度都需要重新生成一次表格,加速度的值更是难以设置,对于我目前的水平是这样的,应该是可以通过算法增大或者缩放加减速表格的,貌似开源3D打印固件Marlin中是这样的。
 
    2.实时生成法;
 
    实时生成法,可能会要求更高的CPU计算能力,比较出名的算法是AVR446:Linear speed control of stepper motor,里面提供了详细的计算以及详细的实现方法,加速过程中实时计算下一个比较匹配值,以实现加减速的实时控制,优点挺多,控制加减速度,速度等参数更加方便,因为可以通过设定参数实时计算出来,缺点就是比较考验单片机的运算能力,但在AVR446提到的算法中也能在运算能力较低的单片机中实现。具体AVR446的实现将在另一个文章中说明。
 
    加速过程实现方法曲线一般有梯型曲线法以及S(Sigmoid)曲线法,其他接触过的还有修正正弦曲线法(用在机械臂的轨迹规划中),梯形曲线法一般通过加速度公式(S = a*t*t/2)直接求解,S曲线法则是通过SigMoid函数变形后求解。 
 


发布时间: 2019-04-23 11:38:56 <<返回列表