步进电机加减速控制技术研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第6期工矿自动化No．62006年12月IndustryandMineAutomationDec．2006文章编号：1671—251X(2006)060065-03步进电机加减速控制技术研究王建，张玉峰，李磊(西安科技大学电控学院，陕西西安710054)摘要：文章主要介绍了步进电机加减速控制技术，分析了步进电机短距离加减速控制的特殊性，提出了加减速控制方案，同时也分析了整机运行过程中产生的共振现象及其解决方法。关键词：步进电机；加减速控制；匀加减速；指数规律加减速；共振中图分类号：TM341文献标识码：B控制逻辑

2、图。从图2可以看出，步进电机的加减速运0引言动很频繁，每走一个图形间距就是一个加减速过程。众所周知，步进电机有一个空载启动频率，即步XY精密工作台步进运动与Z向上升下降往返运动进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如构成了一振动源。通常可以这样理解，这种运动方式果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生本身就是一种振动运动方式。这样以来，就必须要考失步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。虑共振问题，包括步进电机自身的低频共振以及但是，如果启动频率过低的话，就会影响整机的测试XYZ运动共同组成的振动源与整机的共振问题。这频率。为了兼顾测试效率与稳定

3、性的要求，必须对是步进电机加减速控制技术又一特殊之处。步进电机采用加减速控制技术，这样既保证了整机运行可靠性，又提高了测试效率。步进电机加减速控制技术应用范围很广，在许多工业控制场合都会用到该项技术。它们的应用特，t(a)(b)点与控制方法有共性，但是除了共性之外，步进电机加减速控制技术也有其特殊性，主要表现为以下两图1步进电机升降速控制图个方面：(1)对大多数场合来讲，加减速控制技术一厂丽]般应用于长距离运动，有些工业控制场合对精度要l兰生垄l'，向步进求并不高。这样一来，步进电机在运行过程中可充向换向分升速，直至达到最高运行频率，该过程是一充分加匪囡速的过

4、程。(2)步进电机用于短距离控制时，对于匪阖较小的图形间距所对应的步进电机运行脉冲数未必能使步进电机充分升速至最高运行速度，而升降速控制也会出现如图1所示的3种情况(以匀加速为图2步进电机控制工作台的控制逻辑图例说明)，这就意味着步进电机短距离的加减速控制1常用的加减速控制方法及其特点必须要充分考虑到各种不同的图形间距的加减速控制问题。l_1匀加减速控制要从稳定性、精度、整机运行速度等方面全面综在步进电机升速过程中，匀加减速运动是加速合地考虑到各种情况的加减速控制，这在某种程度上度保持一恒定值不变，速度以线性规律上升，如图3增加了控制的难度。图2是步进电机控制

5、工作台的所示。该种加速方法快速性较好，但由于速度呈线性上升或下降规律，不完全符合步进电机的速度变收稿日期：2006—08—28化规律，所以该种加减速控制方法效果不是十分理作者简介：王建(1978一)，男，西安科技大学电控学院教师。现想。笔者曾做过匀加减速控制实验，步进电机处于主要从事单片机教学工作。维普资讯http://www.cqvip.com·66·工矿自动化2006年12月负载状态下可以按预期的目标升降速，但是反映出指数规律上升。在步进电机速度变化过程中，速度过冲量大、稳定性差、噪音大的现象。所以在短距离不是连续变化，而是按分档阶梯变化，每一个速度阶的步

6、进电机加减速控制中不适合采用该方法。梯的运行时间都不同。随着速度的上升，对应速度阶梯运行时间也呈上升趋势，即随着速度的上升，对应阶梯运行脉冲数也随之增加。图3匀加减速控制脚1．2指数规律加减速控制指数规律加减速是指在加减速控制过程中，步进电机的速度呈指数规律上升或下降。开始加速度图5离散逼近法控制规律图最大，且随着速度的升高而逐渐减小，速度上升得越经过大量的理论计算与实验验证，这种步进电来越慢。当速度上升至最高值时，加速度降低至最机的加减速控制方案取得了较为理想的效果。此小，理想情况下应接近于0，如图4所示。用指数规外，笔者还采用了区分不同图形间距分段加速的方

7、律加减速能充分保证步进电机的运行稳定性，同时N-L法，将加减速控制做得更加精细，这样可在不影响精兼顾了升降运行快速性。事实上，用指数规律加减度与稳定性的前提下，将速度提高1倍。具体流程速是与理论分析结果完全符合的，理论分析表明步如图6所示。进电机的速度变化规律符合某种指数规律。用指数规律加减速完全可以满足短距离步进控制的要求。速段初始加速段初始化二丁t_速段初始王输出脉冲输出脉冲输出脉冲f图4指数规律加减速控制图2短距离步进电机加速度控制2．1加速度控制由于步进电机转动时，电机各相绕组的电感将图6控制流程图形成一个反电势，在升速过程中，频率越高，反电势2．2共

8、振问题的解决越大。在它的作用下，电机随