单片机控制步进电机按s形曲线升降频设计

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第26卷第2期弹箭与制导学报·l57·单片机控制步进电机按S形曲线升降频设计*曹东杰，韩峰，任云燕(北京理工大学机电工程学院．北京100081)[摘要]分析了步进电机升降频时发生失步、过冲的原因，提出了一种单片机控制的步进电机按s形曲线升降频的方法。该方法能有效提高定位系统定位的快速性和准确性且不必改变系统的硬件；同时可降低对步进电机功率的要求，降低系统功耗。文中以一个二维角度定位系统为例介绍了该方法的应用实现．试验结果表明同一系统在采用S形曲线升降频时的定位精度明显提

2、高。[关键词]步进电机；升降频；单片机；S形曲线[中围分类号]TP302[文献标识码]BAMethodtoAccelerateorDeceleratetheSpeedofStepMotorControlledbySinglechipFollowingSCurveCAODong—jie，HANFeng．RENYun—yan(SchoolofMechatronicEngineering，BeijingInstituteofTechnology．Beijing100081，China)Abstract：Thispapera

3、nalysisesthereasonoflosingsteporcrawlingwhenstepmotoraccelerateordecelerate。andintroducesamethodtOaccelerateordeceleratethespeedofstepmotorcontrolledbysinglechipfollowingScurve．Ontheonehand．thevelocityandtheprecisionofthesystemcanbeimproved．ontheotherhand。thesy

4、stem’shardwareneedn’ttObechangedandthepowerofthesystemcanbelowerwhileusingthismethod．AnangularorientationsystemisintroducedinordertOilluminatehowtOusethismethod．Atlastthispapergivestheresultofthetestinwhichtowdifferentmethodsarecompared．Keywords：stepmotor；accel

5、erateordeceleratespeed；singlechip；Scurve则会降低口]。另外一般步进电机的运行频率是1引言1OO～1000Hz，而且其启动频率比最高运行频率要实现步进低得多，如果步进电机以逐渐加速到最高频然后电机的快速准确逐渐减速到零的方式工作。其速度可以提高2～定位就要保证电8倍而不失步。步进电机的升降频设计就是要寻机在不失步和过求一种与电机矩频特性相适应的速度控制方案，冲的情况下起、常见的加减速曲线有：梯形曲线、S形曲线和指停，并以最快的水数曲线等(见图2)。因为步进电机启动时，由于速度运行

6、到指定其静态惯性比较大，须以较小的加速度升频；而的位置。然而由在较高的频率运行时，由于输出转矩会有所降步进电机典型的低，须以较小的加速度升降频；在步进电机停止矩频特性曲线时，为了防止发生过冲，须以较小的加速度降频，图1步进电机典型的(图1)知，步进因此按S形曲线进行升降频更适合于实际情况。矩频特性曲线S形曲线可以分段为指数曲线，因此它又被称为电机无论采用何种驱动电路，在驱动脉冲频率较低时，输出转矩双段指数曲线，只要解决了步进电机按指数曲线较大且恒定，当驱动脉冲频率上升时，输出转矩的控制问题就可以解决按S形曲线的升降·

7、收稿日期；2005—11-05作者简介：曹东杰(198O一)，男，山东青岛人，硕士研究生，研究方向：机械电子工程、伺服控制技术等。维普资讯http://www.cqvip.com·158·弹箭与制导学报频问题。则随着升频线性下降；而在电机不失步的条件下，转动的角加速度和驱动脉冲的频率对时Ijr(a)梯形曲线(b)S形曲线(e)指数曲线I；3的微分成正比，所以有：uJ=一+A(、B图2常见加速度曲线为常数)。两边进行拉氏变换得：sF(5)一芸一A2步进电机S形曲线设计BF(S)，解方程得：F(S)一．tl。进行拉氏下面

8、以一带惯性负载的角度定位系统为例／1反变换得：，(f)一号(1-e一仲)，即：介绍一种解决问题的方案。基本原理是：步进电f(t)一C(1一et／r)(1)机以最大启动频率启动，通过改变微控制器定时其中：C为步进电机的最高运行频率，r是决定器的定时时间来控制步进电机的运行频率按照适升降频快慢的时间常数，可以由升降频过程时间合于系统特性的S形曲线升