步进电机转速连续性最优控制方法及分析

　　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最优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最优加速过程的实现方法。