基于ARM芯片S3C4510的步进电机加减速控制

　　随着工业的发展,嵌入式技术应用日益广泛和成熟。arm嵌入式处理器作为一种32位高性能、低功耗的risc芯片，支持多种操作系统、主频高、运算处理能力强，并可兼容8/16位器件，还能带海量低价的sdram数据存储器。得到各行各业的青睐，已经显示出强大的功能和巨大的商业价值。尤其在控制领域获得了越来越为广泛的应用。利用以arm为内核的嵌入式微处理器进行运动控制系统的开发，有着广阔的发展空间。

　　在一些要求低成本的运动控制系统中，经常用步进电机做执行元件。步进电机在这种应用场合下最大的优势是:可以开环方式控制而无需反馈就能对位置和速度进行控制。但也正是因为负载位置对控制电路没有反馈，步进电机就必须正确响应每次励磁变化。如果励磁频率选择不当，电机不能够移到新的位置，那么实际的负载位置相对控制器所期待的位置出现永久误差，即发生失步现象或过冲现象。因此步进电机开环控制系统中，如何防止失步和过冲是开环控制系统能否正常运行的关键。

　　步进电机加减速控制原理

　　失步和过冲现象分别出现在步进电机启动和停止的时候。一般情况下，系统的极限启动频率比较低，而要求的运行速度往往比较高。如果系统以要求的运行速度直接启动，因为该速度已超过极限启动频率而不能正常启动，轻则可能发生丢步，重则根本不能启动，产生堵转。系统运行起来以后，如果达到终点时立即停止发送脉冲串，令其立即停止，则由于系统惯性作用，会使步进电机转子转到接近终点平衡位置的下一个平衡位置，并在该位置停下，从而产生过冲现象。因此，在步进电机启动或停止时就需要进行加、减速控制。加减速控制多采用软件来实现，分为加速、匀速和减速三个阶段。其控制曲线如图1所示。

　　图1 步进电机加减速控制曲线

　　加减速控制方法

　　采用微处理器对步进电机进行加减速控制，实际上就是改变输出脉冲的时间间隔，升速时脉冲频率逐渐加快，减速时脉冲频率逐渐变慢。采用恒加速度算法，易操作性强，效果也很好。如图2所示，δtm时间内相邻脉冲变化完成时，即步进电机转过一步，所以，图2中阴影部分面积为1。

　　图2 步进电机加减速时脉冲频率变化图

　　设电动机的加速时的第m步频率为fm，第m-1步频率为fm-1。加速度是f的斜率，设为a，则

　　软件实现

　　采用定时器中断方式控制电机变速时，实际上是不断改变定时器装载值的大小。控制脉冲由arm芯片s3c4510的定时器发出，则定时器的溢出频率应为二倍的控制脉冲频率。实现函数如下: