步进电机S型曲线加减速算法与实现

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机，是现代数字程序控制系统中的主要执行元件，应用极为广泛。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。

步进电机S型曲线加减速算法与实现

S型曲线的的方程

，在［-5，5］的图形如下图所示：

如要将此曲线应用在步进电机的加、减速过程中，需要将方程在XY坐标系进行平移，同时对曲线进行拉升变化：

其中的A分量在y方向进行平移，B分量在y方向进行拉伸，ax+b分量在x方向进行平移和拉伸。

项目中加速过程：从5600Hz加速到64000Hz，采用4细分。输出比较模块所用的定时器驱动频率为10M，采用1000个点进行加速处理。最终根据项目的需要，在加速过程中采用的曲线方程为：

。

其中的Fcurrent为length（1000）个点中的单个频率值。Fmin起始频率为5600;Fmax为最大频率64000;-flexible*（i-num）/num是对S型曲线进行拉伸变化，其中flexible代表S曲线区间（越大代表压缩的最厉害，中间（x坐标0点周围）加速度越大；越小越接近匀加速。理想的S曲线的取值为4-6），i是在循环计算过程中的索引，从0开始，num为length/2大小（这样可以使得S曲线对称）。在项目中i的区间［0，1000），num=1000/2=500。这些参数均可以修改。提供的计算接口如下。

对应的计算接口code：

voidCalculateSModelLine（floatfre［］，unsignedshortperiod［］，floatlen，floatfre_max，floatfre_min，floatflexible）

{

inti=0;

floatdeno;

floatmelo;

floatdelt=fre_max-fre_min;

for（;i《len;i++）

{

melo=flexible*（i-len/2）/（len/2）;

deno=1.0/（1+expf（-melo））;//expfisalibraryfunctionofexponential（e）

fre［i］=delt*deno+fre_min;

period［i］=（unsignedshort）（10000000.0/fre［i］）;//10000000isthetimerdriverfrequency

}

return;

}

//startmovemotor

voidStartPWM（）

{

DriverMotorFlag=TRUE;

Index=0;

MOTOR_EN_DISABLE=ENABLE;

OpenOC4（OC_ON|OC_TIMER_MODE16|OC_TIMER3_SRC|OC_PWM_FAULT_PIN_DISABLE，0，0）;

//maprc13tooc4output

RPC13R=11;

//50percentduty

OC4RS=OC_PERIOD_MIN/2;

OpenTimer3（T3_ON|T3_PS_1_8，OC_PERIOD_MIN）;

INTSetVectorPriority（INT_TIMER_3_VECTOR，INT_PRIORITY_LEVEL_6）;

INTSetVectorSubPriority（INT_TIMER_3_VECTOR，INT_SUB_PRIORITY_LEVEL_1）;

EnableIntT3;

}

//stopmotor，hereisnodeceleration

voidStopPWM（）

{

DriverMotorFlag=FALSE;

Index=0;

MOTOR_EN_DISABLE=DISENABLE;

OpenOC4（OC_OFF|OC_TIMER_MODE16|OC_TIMER3_SRC|OC_PWM_FAULT_PIN_DISABLE，0，0）;

//maprc13tooc4output

RPC13R=0;

PORTCbits.RC13=0;

CloseTimer3（）;

DisableIntT3;

}

//changethetimerPeriodvalueinthecorrespondtimerratherthantheotherplace，Orthemotorwillbestalledoccasionally.

//刚开始我在另外的一个定时器中断中每隔1ms改变应用在OC模块的timer3的Period值，结构偶发的造成电机在加速过程中堵转。其实应该是在timer3的中断中修改。

staticunsignedshortCountForAcc=0;

void__ISR（_TIMER_3_VECTOR，ipl6）Timer3OutHandler（void）

{

//cleartheinterruptflag，ortheinterruptwillnotoccuragain.

mT3ClearIntFlag（）;

if（CountForAcc++》2）//herecanadjustthetotallytimeofacceleration

{

CountForAcc=0;

//if（DriverMotorFlag==TRUE&&PR3》OC_PERIOD_MAX+SPEED_STEP）

if（DriverMotorFlag==TRUE&&Index《ACC_TIMES）

{

PR3=Period［Index++］;

OC4RS=PR3/2;

}

}

}

通过CalculateSModelLine接口得到如下不同的几条加速曲线：

黄色：CalculateSModelLine（Freq，Period，1000，56000，16000，4）;

橙色：CalculateSModelLine（Freq，Period，1000，64000，500，8）;

蓝色：CalculateSModelLine（Freq，Period，1000，64000，500，15）;

灰色：CalculateSModelLine（Freq，Period，1000，40000，500，5）;

最后可以估算加速过程的时间和角位移，以橙色曲线为例：CalculateSModelLine（Freq，Period，1000，64000，500，8）为例（假设在中断中没有if（CountForAcc++》2）条件限制）：

时间：Period第一个点的值为10000000/500=20000，最后也点的值10000000/64000=156，平均值为10000左右，timer中断的平均时间Tn=10000/10000000=1ms，1000个点，总时间为1s，当然，起始频率大加速时间就越短，比如Fmin=16000Hz，Fmax=64000，则40ms左右即可完成加速过程。

角位移：1.8（单步）*1000（步数）/4（细分）=450°

上述为加速过程，减速同样的道理，只要将方程改为：

可以得到减速曲线如下所示：