步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速連續(xù)性****控制方法及分析
王東文 劉明遠(yuǎn) 史 昊(西安交通大學(xué) 710049)
1概述
步進(jìn)電機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用非常廣泛，它可以將脈沖電信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或直線位移，非常適合于用微機(jī)進(jìn)行數(shù)字控制，近年來這方面的應(yīng)用很多，如各種數(shù)控機(jī)床和工業(yè)檢測(cè)過程中各種高精度定位系統(tǒng)等。本文就步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī)控制方法中存在的問題進(jìn)行全面闡述，提出了簡化加速算法以及作為速度信號(hào)源時(shí)速度連續(xù)性****的控制方法和分析計(jì)算。
2步進(jìn)電機(jī)的控制參數(shù)
采用步進(jìn)電機(jī)作為速度執(zhí)行元件，高速運(yùn)行時(shí)如果起動(dòng)太快容易引起電機(jī)丟步，若停止太快，由于慣性作用可能會(huì)出現(xiàn)過沖現(xiàn)象，給控制系統(tǒng)帶來誤差，所以高速運(yùn)行時(shí)一般需要經(jīng)過起動(dòng)、加速、恒速運(yùn)行、減速、停止這樣一個(gè)完整的過程。所研制的一個(gè)計(jì)算機(jī)智能檢測(cè)系統(tǒng)中使用了三臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，x軸驅(qū)動(dòng)，y軸驅(qū)動(dòng)、速度信號(hào)源。下位機(jī)采用8098單片機(jī)，通過分析和反復(fù)調(diào)試實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出了一個(gè)較為通用的電機(jī)控制程序。在8098內(nèi)部ram開辟一塊存儲(chǔ)區(qū)依次存放。
電機(jī)號(hào)：1，2，3分別代表1#、2#、3#電機(jī)
正反轉(zhuǎn)：0反轉(zhuǎn)，1正轉(zhuǎn)
加速度：加速脈沖個(gè)數(shù)ma（從第ma個(gè)脈沖開始恒速運(yùn)行）
勻速度：勻速運(yùn)行時(shí)問常數(shù)m
減速度：減速脈沖個(gè)數(shù)md（從第md個(gè)脈沖開始減速運(yùn)行）
總步數(shù)：電機(jī)運(yùn)行的總步數(shù)
連續(xù)否：0-電機(jī)運(yùn)行完給定的總步數(shù)，不記錄最后所停止的相位。
1-電機(jī)運(yùn)行完給定的總步數(shù)，記錄最后所停止的相位，以便下次起動(dòng)時(shí)接著運(yùn)行，以保證系統(tǒng)的連續(xù)定位精度。
鎖存相位1:x軸電機(jī)上次運(yùn)行結(jié)束時(shí)所停留的相位。
鎖存相位2:y軸電機(jī)上次運(yùn)行結(jié)束時(shí)所停留的相位。
設(shè)步進(jìn)電機(jī)以三相六拍方式運(yùn)行，各電機(jī)的通電狀態(tài)字以表格形式存放在rom中，電機(jī)停止時(shí)自動(dòng)將最后的相位存入鎖存相位1、2號(hào)單元。通過以上參數(shù)設(shè)置，基本上可以完整地控制步進(jìn)電機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài)。
3近似理想運(yùn)行曲線的簡化加速算法
在以上參數(shù)中，難以確定的是步進(jìn)電機(jī)的加速度和減速度。計(jì)算機(jī)控制的加速過程能否成功，取決于加速脈沖的增加速率是否合適。步進(jìn)電機(jī)的加速度與失步轉(zhuǎn)矩特性有關(guān)，根據(jù)參考文獻(xiàn)1和2，步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性曲線如圖1所示，從這種矩頻特性分析，符合這種特性的升降衄線是采用變加速度，即指數(shù)型運(yùn)行曲線如圖2所示，這種曲線比較符合步進(jìn)電機(jī)加減速過程的運(yùn)行規(guī)律，能充分利用步進(jìn)電機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩，快速響應(yīng)性好。文獻(xiàn)1和2所給出的獲得升降速參數(shù)的方法均為查表的方法，即事先把運(yùn)行曲線逐段線性化，計(jì)算出各速度級(jí)對(duì)應(yīng)的升降速參數(shù)序列，以表格形式存放，供電機(jī)不同速度時(shí)分別調(diào)用。這種方法在勻速度可任意改變時(shí)就無法滿足要求了，因?yàn)椴豢赡茴A(yù)先存儲(chǔ)太多的表格供調(diào)用，而且制表很繁瑣。為此提出一種在單片微機(jī)上實(shí)現(xiàn)十分簡便而又近似****加速過程的實(shí)現(xiàn)方法。
電機(jī)在低速時(shí)(fo<l000hz)可直接起動(dòng)，不同的電機(jī)fo有些差別，取fo=500hz左右，加速方法是，設(shè)步進(jìn)電機(jī)勻速運(yùn)行時(shí)對(duì)應(yīng)的脈沖間隔延時(shí)時(shí)間常數(shù)為co，在n步內(nèi)能使電機(jī)加速至勻速過程，那么取時(shí)間常數(shù)序列
cn,g- n,g-n- (n - l),…，c0+10,c0+6,co+3,c0+l,(n一1,2,…n)式中c n-cn-1=n，n=l，2，…，n
這個(gè)序列從co開始，相鄰兩項(xiàng)之差依次為：1，2，3，…，n，是一個(gè)相鄰兩項(xiàng)差遞增序列，不難得出：
它對(duì)應(yīng)著一個(gè)勻變加速運(yùn)行過程，每步加速度按1，2，3，…，n個(gè)基本延時(shí)單位遞增，勻變加速度等于1個(gè)基本延時(shí)單位。n的選擇耍滿足的條件是，電機(jī)以cn為脈沖間隔延時(shí)時(shí)間常數(shù)起動(dòng)時(shí)，fo |
