步进电机转速连续性****控制方法及分析
王东文 刘明远 史 昊(西安交通大学 710049)
1概述
步进电机在工业生产过程中应用非常广泛，它可以将脉冲电信号转换成角位移或直线位移，非常适合于用微机进行数字控制，近年来这方面的应用很多，如各种数控机床和工业检测过程中各种高精度定位系统等。本文就步进电机的单片机控制方法中存在的问题进行全面阐述，提出了简化加速算法以及作为速度信号源时速度连续性****的控制方法和分析计算。
2步进电机的控制参数
采用步进电机作为速度执行元件，高速运行时如果起动太快容易引起电机丢步，若停止太快，由于惯性作用可能会出现过冲现象，给控制系统带来误差，所以高速运行时一般需要经过起动、加速、恒速运行、减速、停止这样一个完整的过程。所研制的一个计算机智能检测系统中使用了三台步进电机，x轴驱动，y轴驱动、速度信号源。下位机采用8098单片机，通过分析和反复调试实验，总结出了一个较为通用的电机控制程序。在8098内部ram开辟一块存储区依次存放。
电机号：1，2，3分别代表1#、2#、3#电机
正反转：0反转，1正转
加速度：加速脉冲个数ma（从第ma个脉冲开始恒速运行）
匀速度：匀速运行时问常数m
减速度：减速脉冲个数md（从第md个脉冲开始减速运行）
总步数：电机运行的总步数
连续否：0-电机运行完给定的总步数，不记录最后所停止的相位。
1-电机运行完给定的总步数，记录最后所停止的相位，以便下次起动时接着运行，以保证系统的连续定位精度。
锁存相位1:x轴电机上次运行结束时所停留的相位。
锁存相位2:y轴电机上次运行结束时所停留的相位。
设步进电机以三相六拍方式运行，各电机的通电状态字以表格形式存放在rom中，电机停止时自动将最后的相位存入锁存相位1、2号单元。通过以上参数设置，基本上可以完整地控制步进电机的各种运行状态。
3近似理想运行曲线的简化加速算法
在以上参数中，难以确定的是步进电机的加速度和减速度。计算机控制的加速过程能否成功，取决于加速脉冲的增加速率是否合适。步进电机的加速度与失步转矩特性有关，根据参考文献1和2，步进电机的矩频特性曲线如图1所示，从这种矩频特性分析，符合这种特性的升降衄线是采用变加速度，即指数型运行曲线如图2所示，这种曲线比较符合步进电机加减速过程的运行规律，能充分利用步进电机的有效转矩，快速响应性好。文献1和2所给出的获得升降速参数的方法均为查表的方法，即事先把运行曲线逐段线性化，计算出各速度级对应的升降速参数序列，以表格形式存放，供电机不同速度时分别调用。这种方法在匀速度可任意改变时就无法满足要求了，因为不可能预先存储太多的表格供调用，而且制表很繁琐。为此提出一种在单片微机上实现十分简便而又近似****加速过程的实现方法。
电机在低速时(fo<l000hz)可直接起动，不同的电机fo有些差别，取fo=500hz左右，加速方法是，设步进电机匀速运行时对应的脉冲间隔延时时间常数为co，在n步内能使电机加速至匀速过程，那么取时间常数序列
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
这个序列从co开始，相邻两项之差依次为：1，2，3，…，n，是一个相邻两项差递增序列，不难得出：
它对应着一个匀变加速运行过程，每步加速度按1，2，3，…，n个基本延时单位递增，匀变加速度等于1个基本延时单位。n的选择耍满足的条件是，电机以cn为脉冲间隔延时时间常数起动时，fo |
