开环状态下步进电机运用

为了在开环状态下使步进电机抵达更高的操控精度，这篇文章引进离散化指数函数曲线操控步进电机的发动和中止进程。经过对初始频率数组进行优化运算，得到最高运转速度可变的加快曲线，并运用单片机电路完结步进电机的操控体系。试验结果标明，该体系具有较高的操控精度，并降低了规划本钱。

步进电机是一种将数字脉冲量转换为运转间隔或许旋转视点的电气器件。

在电机可接受的负载范围内，电机旋转的视点只收到脉冲个数的操控，电机运转速度只收到脉冲频率的操控。因为电机的运转的进程中，运转间隔和运转速度与负载的改动量无关（在规定的负载范围内），在一些操控简略或需求低本钱的运动操控体系中，常会用步进电机。运用步进电机最大的优势是：以开环的方式来操控方位和速度，大大降低了本钱。但因为负载方位对操控电路没有反应，步进电机对就每个脉冲都有必要正确呼应。假如脉冲频率挑选不妥，步进电机就不能移动到新的方位。负载实践方位相对于操控器所等待的方位呈现持久差错，即发生失步表象或过冲表象。失步和过冲表象别离呈如今步进电机发动和中止期间。失步是指对某些脉冲没有呼应而没有运动到指定的方位。过冲和失步相反，运转间隔超越了指定间隔。因此，在步进电机开环操控体系中，有必要避免失步和过冲，步进电机才干依照操控进行精准的走位。

通常步进电机的发动频率比较低，而体系的运转速度则需求越高越好。假如步进电机运转速度直接起转，则会因为超出发动速度而发生堵转，电机不能发动。体系抵达终点时当即中止发送脉冲，令步进电机当即中止，因为惯性的效果，步进电机中止方位则会超出体系预期方位。

为了使步进电机在运转进程中不会呈现失步和过冲表象，在电机的发动和中止期间，应该参加合适的加减速操控。

1. 加减速曲线的挑选

步进电机的加减速曲线通常有三种，别离为阶梯型、直线型、指数型。

指数型加快曲线在发动时，加快度最大，随着速度的添加，加快度逐步减小，当速度抵达运转速度时，加快度降至最低。指数加减速曲线最契合负载转矩的改动状况，合适各种状况下的步进电机运用。

其中vm为步进电机运转的发动速度，v0为步进电机的运转的最高速度，τ为时刻常数，依据试验来断定其值的巨细。

2. 操控器的硬件电路

按键电路负责现场操控电机的方位；而红外接纳电路经过接纳红外线发射器的操控信号，长途遥控电机的方位；显现电路为了显现当时电机所在的方位，便于丈量操控精度；限位开关为磁性触摸开关构成，为了避免电机运转超越约束方位；串行通讯接口为了给单片机发送电机的最高运转速度。

单片机选用德州仪器公司的MSP430F5438，该单片机的最大特点是运转速度快，功耗低，具有256K+512B的flash 存储器，能够用来存储加快曲线数据。

3. 操控器的软件算法

步进电机的运转速度是经过接纳脉冲的频率来操控的。单片机经过计时器的中止发生走步脉冲，所以能够经过改动单片机计数器的初始值来改动脉冲频率。

将指数型曲线离散化后，改动脉冲频率，就能够使步进电机依照指数加减速曲线运转。经过大量的试验数据，当τ=1.435时，加快进程较为滑润。将加快进程离散为200段，每段的时刻大概在25ms摆布。将此段电机运转的速度转化为计数器初始值，并依据此段脉冲频率计算出此段的脉冲个数。将每段的计数器初始值和脉冲个数固化为数据数组，在每个计时器中止中判断是否完结该段进程，即可完结加快曲线。

为了使电机的最高运转速度能够依据外部设定而改动，如今只将初始加快曲线贮存在数组中，初始频率值为：

依照该初始加快曲线，电机呼应的最高频率是1Hz。将期望电机运转的最高频率fm经过串口输入单片机，之后经过计算出每段的运转频率和脉冲个数。经过以上规划，就能够使步进电机依照指数型加减速曲线以最高频率fm运转，fm值能够经过外部设定而改动。

4. 操控精度测验

操控电机每次走5mm，运用50分度的游标卡尺丈量每次走步电机运转的间隔。依据5次走步的间隔数据，计算出走步精度。

经过数据，能够得出，电机运转间隔的相对差错尽在0.04%，操控精度适当高。

试验标明，经过参加指数型加减速曲线，使步进电机在开环的状况下抵达了很高的运转精度，大大降低了操控本钱。

5. 结束语

这篇文章经过单片机及简略的外部电路，完结了最高运转速度可变的步进电机操控器。尽管该操控器运转在开环状态下，可是因为引进了指数型加减速曲线，使得步进电机的走步精度抵达了较高的水平，降低了设备本钱。