步进电机升降速曲线控制系统设计及其应用_王勇
步进电机指数规律升降速的单片机控制系统设计
优秀设计³³³³学院毕业设计（论文）说明书题目步进电机指数规律升降速的单片机控制系统设计学生系别机电工程系专业班级机械设计制造及自动化机电学号指导老师³³³³学院毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目：步进电机指数规律升降速的单片机控制系统设计系：机电工程系专业：机电一体化班级：学号：学生：指导教师：接受任务时间教研室主任（签名）系主任（签名）1．毕业设计（论文）的主要内容及基本要求用单片机对步进电机进行三相六拍的控制，通过软硬件设计，实现电机指数规律升降速。
(1) 系统总体方案拟定；(2) 数学模型建立，求控制算法；(3) 硬件设计；(4) 软件设计；编写设计说明书，完成系统控制硬件图1张 A 2；2．指定查阅的主要参考文献及说明(1) 《机电一体化系统设计》 (2) 《计算机控制系统分析与设计》(3) 《单片机应用设计》 (4) 《电子电工技术》(5) 《C语言程序设计》 (6) 《机床电气控制》注：本表在学生接受任务时下达摘要从步进电机的矩-频特性可知，启动频率越高，启动转矩越小，带动负载的能力越差。
当启动频率较高时，启动时会造成失步，而停止时由于惯性作用又会发生过冲，所以在步进电机控制中必须要采取升降速控制措施。
本文根据步进电机的动力学方程和矩-频特性曲线建立系统的数学模型，采用指数规律的升降速算法，以单片机为核心对步进电机进行并行控制。
系统的软件设计由C51 语言编程来实现。
并设计了检测系统用于对步进电机转速和步数的检测。
最后，本系统可以实现以下功能：在显示器的提示下，由键盘输入运行的步数和稳定运行的速度；由各个功能键控制系统的运行，按启动键后，步进电机按照输入的步数进行走步；如在运行期间按停止键，则步进电机停止运行。
研究表明，采用指数规律的升降速曲线将大大地提高微机控制步进电机的最高工作频率，大大缩短所需的升降速时间。
步进电机升降速控制技术的研究
步进电机升降速控制技术的研究摘要:介绍了步进电机的矩频特性,角加速度的变化规律以及各种升降速速度控制方案。
通过离散方法,实现了对步进电机升降速的过程进行了控制,并利用C语言实现了单片机对步进电机升降速的离散控制。
关键词:步进电机单片机离散控制步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移(或线位移)的电磁机械装置[1]。
在实际应用过程中,步进电机的速度并不是一次升到位后以恒定速度运行。
它对运行的速度是有要求的,步进电机升(降)速时,应使频率的变化量逐次递增(或递减),若步进电机脉冲频率变化不合理,就会使电机失步或过冲,无法做到准确定位。
从步进电机的矩频特性可以知道启动频率越高,启动转矩越小,限制了步进电机的最高工作频率,并在起动频率越快时,又可能发生失步。
因此,在步进电机中应采取升降速控制技术。
1 步进电机的点一位控制步进电动机的位置控制需要两个参数。
第一个参数是步进电动机控制的执行机构当前的位置参数,我们称为绝对位置。
绝对位置是有极限的,其极限是执行机构运动的范围,超越了这个极限就应报警。
第二个参数是从当前位置移动到目标位置的距离,我们可以用折算的方式将这个距离折算成步进电动机的步数。
对步进电动机位置控制的一般作法是:步进电动机每走一步,步数减1,如果没有失步存在,当执行机构达到目标位置时,步数正好减到0。
因此,用步数等于0来判断是否移动到目标位,作为步进电动机停止运行的信号。
绝对位置参数可作为人机对话的显示参数,或作为其他控制目的的重要参数,因此也必须要给出。
2 步进电机加减速速度曲线方案选择步进电机的理想加减速曲线为非线性曲线。
目前国内外使用较多的加减速控制方法主要有三种:直线型加减速速度曲线、指数型加减速速度曲线、S型加减速速度曲线三种。
直线型加减速速度曲线,这种升降速控制方法的主要优点是数学表达简单,计算简单,节省资源,其主要缺点是在加速过程开始和结束时速度是突跳变的,加速度的突跳变意味着驱动力的突变,由此带来的冲击较大,步进电机驱动系统中可能造成失步现象;指数型加减速曲线,比较符合电机的转矩特性,数学表达相对简单,可以实时计算,加减速终了时加速度突变小,冲击较小。
步进电机常用升降速控制方法说明
步进电机常用升降速控制方法说明步进电机常用的升降频控制方法有两种：直线升降频和指数曲线升降频。
指数曲线法具有较强的跟踪能力，但当速度变化较大时平衡性差。
直线法平稳性好，适用于速度变化较大的快速定位方式。
以恒定的加速度升降，规律简练，用软件实现比较简单。
步进电机驱动执行机构从一个位置向另一个位置移动时，要经历升速、恒速和减速过程。
当信浓步进电机的运行频率低于其本身起动频率时，可以用运行频率直接起动并以此频率运行，需要停止时，可从运行频率直接降到零速。
当步进电机运行频率fbfa（有载起动时的起动频率）时，若直接用fb频率起动会造成步进电机失步甚至堵转。
同样在fb频率下突然停止时，由于惯性作用，步进电机会发生过冲，影响定位精度。
如果非常缓慢的升降速，信浓步进电机虽然不会产生失步和过冲现象，但影响了执行机构的工作效率。
所以对信浓步进电机加减速要保证在不失步和过冲前提下，用最快的速度（或最短的时间）移动到指定位置。
1。
精密控制系统中步进电机升降速控制的设计
第 ６期
２０ ０ ８年 ６月
文章 编 号 ：０ １３ ９ （０ ８ ０ — １ ５ ０ １０ — ９ ７ ２ ０ ）６ ０ ７ — ３
机 械 设 计 与 制 造
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步进电动机升降速控制系统
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摘 要： 介绍 了一 种新 颖 的步进 电动 机升 降 速控 制原
ห้องสมุดไป่ตู้
图 ２ 升降速控制原理
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当ｆ ＞ ｏ时 ， 逆 计 数 器 的值 增 加 ， 法 计 数 ｉ ｆ 可 。 减 器输 出频率 。 大 ， 进 电动 机加 速运 行 ； 变 步 当 ＝
。
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个 闭环 回路 。
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由于 步进 电动 机结 构 上 的特 点 ， 不 能象 直 流 它 电机 、 流 电机 那 样 自动平 稳地 升 降 速 。如 果 起 动 交 时 一次将 速度 升 到 给定 速 度 ， 由于起 动 频 率 超 过极 限起 动频 率 ， 步进 电动机 就会 发生 失步 现象 ， 造成 不
能 正常起 动 。如果 到终 点 时 突然 停 下 来 ， 由于 惯性
时 ， 逆 计 数 器 的 值 不 变 ， 法 计 数 器 输 出频 率 可 减 恒定 ， 步进 电动 机匀 速运 行 ； ｉ＜ ｏ时 ， 当ｆ ｆ 可逆 计 。
步进电机升降速曲线控制系统设计及其应用
Control System Design of Acceleration and Deceleration Curves of Stepping Motor and Its Application
WANG Yong , WANG Wei , YANG Wen2tao
( Research Center of Information and Control , Dalian University of Technology , Dalian 116023 , China)
2ineering of China
Sep . 2 0 0 8 Vol . 15 ,No . 5
文章编号 :167127848 (2008) 0520576204
步进电机升降速曲线控制系统设计及其应用
王 勇 , 王 伟 , 杨文涛
(大连理工大学 信息与控制研究中心 , 辽宁 大连 116023)
针对上述问题 , 本文提出基于 ARM7 微处理器 的步进电机的嵌入式控制系统 。在简要介绍使用 ARM7 对步进电机实现控制的基础上 , 进行了两种 步进电机升降速曲线 , 即分段线性加速[1] 和 S 型曲 线加速[2] 的设计与实现 , 并且给出这两种曲线在工 业定长系统中的应用对比 。
2 升降速曲线控制系统结构
①目前 , 最常用的单色 LCD 控制器 SED1335 的数据传输速度相对于 ARM7 控制器来讲显得十分 缓慢 , 经过初期计算和实际测量 , 刷新一屏 320 3 240 点的图片最快需 130 ms 左右 , 所以在显示任务 繁重的时候其他任务的实时性很难保证 , LCD 屏显 示的速度成了整个系统的瓶颈 。可以选择一款片内 集成 LCD 控制器的微控制器 , 或使用两片微控制 器分别负责人机交互和控制来解决这个问题 。集成 LCD 控制器的微控制器价格普遍偏高 , 因此采取了 第二种解决方法 , 并且通过职责分开 , LPC2132 专 门负责控制 , 大大提高了系统的实时性 , 可以满足 更为苛刻的系统需求 。 ②通过职责分开 , 增加了系 统设计的并行性和修改的灵活性 。在设计控制程序 的同时 , 其他模块的设计工作可以同时进行 , 并且 两个部分可以单独调试 , 互不影响 。同时 , 当需要 修改系统功能时 , 可以只对相关的控制器一侧进行 改动 , 不会影响另一侧的控制器功能 , 从而使功能 修改变得简单易行 。
行业知识：步进电机控制中升降速的设计与实现
行业知识：步进电机控制中升降速的设计与实现在分析步进电机动态特性的基础上，推导了步进电动机理想的升降速控制曲线，实现了指数规律的升降速控制，用离散法对步进电机升降速的过程进行了处理，并用C语言编程实现了单片机对步进电机升降速的离散控制。
，使系统具有良好的动态特性。
0 引言对步进电机的控制是经济型数控系统开发时的一项重要内容，其中对步进电机运动过程中的升降速控制是重点。
在实际的步进电机应用中，尤其在要求快速响应的控制系统中，其关键问题是如何保证步进电机在频繁启停、频率发生突变的高速运转过程中不发生堵转和失步。
而且堵转和失步的发生，与步进电机的变速特性，即与步进电机运行速度的变化规律有关。
步进电机升降速控制目的是防止电机在速度突变时发生“失步”，使运行平稳。
实现升降速控制的方法很多。
由理论推导可知，指数规律的升降速曲线更能使步进电机转子的角加速度的变化与其输出转矩的变化相适应。
实验证明这样将能够大大提高微机控制下步进电机的最高工作频率，大大缩短升速时间。
1 步进电机动态特性分析由于步进电机的输出转矩随步进频率的增加而减少，根据步进电机的动态特性，可以通过其动力模型(二阶微分)描述：式中：J—系统的总转动惯量θ—转子的转角β—阻尼系数 k—与θ成某种函数关系的比例因子 Tz—摩擦阻力矩及其它与β无关的阻力矩之和 Td—步进电机所产生的电磁驱动转矩式中，—惯性扭矩—角加速度显然，惯性扭矩应小于最大电磁转矩Td，在升速阶段角加速度越大越好，使得到达匀速的时间越短，但在加速阶段为了减小对系统的冲击不应该突变，上式实际上反映了矩频特性，即脉冲频率越高转矩越小。
故在不失步的前提之下，在加速阶段应正比于频率f对时间的微分。
故可以表示为：式中：A和B是两个特定的时间常数。
假设在升速阶段的启动频率为，则对（3）式进行拉氏变换得：对（4）式整理得：再次对（5）式进行拉氏反变换整理得：式（6）中，，为时间常数，反映上升速度的快慢，式（7）中，。
《2024年步进电机驱动控制技术及其应用设计研究》范文
《步进电机驱动控制技术及其应用设计研究》篇一一、引言步进电机是一种通过输入脉冲序列来驱动转动的电机，其运动方式为离散化的步进动作。
步进电机广泛应用于精密定位、速度控制以及数字化系统等场景。
本文将针对步进电机驱动控制技术及其应用设计进行研究，深入探讨其原理、特点以及在各个领域的应用。
二、步进电机驱动控制技术原理步进电机主要由定子、转子和驱动器三部分组成。
定子上有多个磁极，转子则由多个磁性材料制成的齿组成。
驱动器根据输入的脉冲序列，控制定子上的电流变化，从而产生旋转磁场，使转子按照一定的方向和角度进行转动。
步进电机驱动控制技术主要包括以下几种：1. 恒流驱动技术：通过恒流源对步进电机进行驱动，保证电机在不同负载和转速下均能保持稳定的运行状态。
2. 微步技术：通过精细控制驱动器的脉冲序列，使步进电机在每个方向上实现微小角度的转动，从而提高电机的定位精度和运行平稳性。
3. 环形分布电流技术：通过对定子上的磁极进行环形分布电流的控制，实现对步进电机的持续运动控制，使得步进电机的转动更为流畅和准确。
三、步进电机驱动控制技术的应用设计步进电机驱动控制技术在各个领域有着广泛的应用，主要包括以下几个方面：1. 精密定位系统：步进电机的高精度定位能力使得其在精密定位系统中得到广泛应用，如数控机床、精密测量仪器等。
通过微步技术和环形分布电流技术的应用，可以实现高精度的定位和运动控制。
2. 速度控制系统：步进电机在速度控制系统中也有着重要的应用，如打印机、电动阀等。
通过调整脉冲序列的频率和占空比，可以实现对电机转速的精确控制。
3. 数字化系统：步进电机在数字化系统中也有着广泛的应用，如数字标牌、机器人等。
通过将步进电机的运动与数字信号进行映射，可以实现数字化的运动控制和显示功能。
四、应用设计实例分析以数控机床为例，分析步进电机驱动控制技术的应用设计。
数控机床是一种高精度的加工设备，其运动控制系统对加工精度和效率具有重要影响。
步进电机控制系统的设计及应用案例
步进电机控制系统的设计及应用案例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元步进电机件。
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。
本文将为大家介绍步进电机控制系统的设计案例以及步进电机的经典应用集锦。
一种带有限位功能的步进电机控制器在基于图像处理评价函数的调焦系统中，常用的为爬山搜索法。
根据爬山搜索的原理，在开始搜索时，在搜索焦点的过程中，要防止由于图像噪声等干扰造成程序判断错误，导致调焦镜头越出调焦范围边界。
为了适应这种控制需求，对通用步进电机控制器进行了改进，使其在具有自动和手动控制功能的同时，引入限位信号反馈控制。
电机控制器使用硬件描述语言(HDL)编写，而限位信号则由位置感应电路中的光电开关器件自动反馈。
基于TMS320F28335的微位移步进电机控制系统设计本系统计划采用DSP控制步进电机推动轻装置移动实现测量装置的精准定位。
系统采用的主控制器为DSP28335，被控对象为最小步进角为1.8°的42步进电机，采用DSP输出PWM脉冲波通过电机驱动器摔制电机的运行。
系统根据具体控制要求改变对PWM参数的设置，并通过相关的算法对过程参数进行修正以完成系统目的。
电机控制系统的控制精度为线位移10μm，能够达到为实验室项目进行支持的目的，亦可广泛应用于电机控制领域。
基于CAN总线汽车组合仪表的设计与研究-步进电机驱动、存储电路设计及外围电路本系统步进电机VID29系列二相汽车仪表步进电机。
vID29-XX/VID29~xXp仪表步进电机是一种精密的步进电机，内置减速比180/1的齿轮系，主要应用于车辆的仪表指示盘，也可以用于其他仪器仪表装置中，将数字信号直接准确地转为模拟的显示输出，需要两路逻辑脉冲信号驱动。
步进电机升降速曲线控制方法
步进电机降落速直线统造要领之阳早格格创做技能分类:电机与疏通统造刊登时间：2007-07-09正在一些统造简朴或者央供矮成本的疏通统造系统中，经时常使用步进电机干真止元件.步进电机正在那种应用场合下最大的劣势是：不妨开环办法统造而无需反馈便能对于位子战速度举止统造.但是也正是果为背载位子对于统造电路不反馈，步进电机便必须透彻赞同屡屡励磁变更.如果励磁频次采用不当，电机不克不迭够移到新的位子，那么本质的背载位子相对于统造器所期待的位子出现永暂缺面，即爆收得步局面或者过冲局面.果此步进电机开环统造系统中，怎么样预防得步战过冲是开环统造系统是可仄常运止的闭键.得步战过冲局面分别出目前步进电机开用战停止的时间.普遍情况下，系统的极限开用频次比较矮，而央供的运止速度往往比较下.如果系统以央供的运止速度直交开用，果为该速度已超出极限开用频次而不克不迭仄常开用，沉则大概爆收拾步，沉则基础不克不迭开用，爆收堵转.系统运止起去以去，如果达到末面时坐时停止收收脉冲串，令其坐时停止，则由于系统惯性效率，电机转子会转过仄稳位子，如果背载的惯性很大，会使步进电机转子转到交近末面仄稳位子的下一个仄稳位子，并正在该位子停下. 为了克服得步战过冲局面，应正在步进电机开停时举止如图1所示的降落速统造.从图 1 不妨瞅出，L2段为恒速运止，L1 段为降频，L3段为落频，依照“得步”的定义，如果正在 L1 及 L3 段降下及下落的统造频次变更大于步进电机的赞同频次变更，步进电机便会得步，得步会引导步进电机停转，时常会效率系统的仄常处事，果此，正在步进电机变速运止中，必须举止透彻的降落速统造.以下按分歧的统造单元，介绍几种时常使用的步进电机降落速统造要领.1、疏通统造卡做上位统造单元——以MPC01系列疏通卡为例MPC01系列疏通统造卡不妨动做PC机疏通统造系统的核心统造单元.卡上的博用疏通统造芯片可自动举止降落速估计.其疏通统造函数库中也有博门举止梯形降落速疏通参数树坐的函数——set_profile(int ch, double ls, double hs, double accel).其参数定义如下：ch: 设定的轴号.ls:?设定矮速（起初速度）的值. 单位为pps（脉冲/秒）hs: 设定下速（恒速段）的值.单位为pps（脉冲/秒）accel：设定加速度大小.单位为ppss（脉冲/秒/秒）用户正在调用疏通指令函数时，只需指定总的脉冲数，疏通统造卡上的博用疏通统造芯片便依照set_profile 函数树坐的疏通参数自动举止降落速估计，而不会占用PC 机的CPU资材.2、东西备疏通统造功能的PLC干上位统造单元——以紧下FP0系列PLC为例紧下FP0系列PLC具备博用的疏通统造指令，其CPU 单元可自动举止图1所示的降落速估计.战MPC01系列疏通统造卡相似，用户只需树坐梯形速度的初速度ls、恒速hs、加速时间t战所需收的脉冲数P.运止此步调段，当PLC 检测到输进端X2的一个上跳变时，便自动真止如图1所示的降落速脉冲输出功能.3、用单片机干上位统造单元采与微机对于步进电机举止加减速统造，本质上便是改变输出脉冲的时间隔断，降速时使脉冲串渐渐加稀，减速时使脉冲串渐渐稠稀.采与定时器中断办法统造电机变速时，本质上是不竭改变定时器拆载值的大小.单片机正在统造电机加减速的历程中，普遍用得集要领迫近理念的降落速直线.加减速的斜率正在直线加速历程中，速度不是连绝变更，而是按分档阶段变更，为与央供的降速斜率相迫近，必须决定每个台阶上的运止时间，睹图3.时间Δt越小，降速越快，反之越缓.Δt的大小可由表面或者真验决定，以降速最快而又不得步为准则.每个台阶的运止步数为为Ns=fsΔt=sΔN，反映了每个速度台阶运止步数与目前速度s之间的闭系，步调真止历程中，屡屡速度降一档，皆要估计那个台阶应走的步数，而后以递减办法查看，当减至整时，该档速度运止完成，降进又一档速度.电机正在降速历程中，对于降速总步数举止递减支配，当减至整时降速历程中断，转进匀速运止历程.减速历程的程序与降速历程相共，不过按好异的程序举止.正在步进电机的开停历程中，根据统造系统的简直特性，采与上述三种降落速统造办法之一，皆不妨预防电机得步或者过冲，达到比较透彻的统造.。
《2024年步进电机驱动控制技术及其应用设计研究》范文
《步进电机驱动控制技术及其应用设计研究》篇一一、引言随着工业自动化及智能化技术的快速发展，步进电机作为一种常见的执行元件，在各种机械设备、自动化生产线、机器人等领域得到了广泛应用。
步进电机驱动控制技术是步进电机正常工作的关键，其性能的优劣直接影响到设备的运行效率和稳定性。
因此，对步进电机驱动控制技术及其应用设计进行研究具有重要的理论和实践意义。
二、步进电机概述步进电机是一种将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。
其工作原理是利用电机的磁场作用力，使电机按照一定的方向转动一个固定的角度，即“步进”。
步进电机具有结构简单、控制方便、精度高等优点，因此在各种自动化设备中得到了广泛应用。
三、步进电机驱动控制技术步进电机驱动控制技术主要包括脉冲分配技术、电机驱动电源设计和控制算法设计等方面。
1. 脉冲分配技术脉冲分配技术是步进电机控制的核心技术之一。
通过精确地控制电机的脉冲数、脉冲频率和脉冲分配顺序，可以实现电机的精确控制。
常见的脉冲分配方式有单相、两相和四相等。
其中，两相混合式步进电机因其结构简单、性能稳定等优点得到了广泛应用。
2. 电机驱动电源设计电机驱动电源是步进电机驱动控制系统的关键部分。
它需要提供稳定的电流和电压，以满足电机的运行需求。
同时，驱动电源的抗干扰能力也需要足够强，以保护电机免受外部电磁干扰的影响。
3. 控制算法设计控制算法是步进电机实现精确运动的关键。
常见的控制算法包括开环控制和闭环控制。
开环控制简单易行，但精度较低；而闭环控制则可以通过反馈机制实时调整电机的运动状态，实现高精度的运动控制。
四、步进电机应用设计研究步进电机应用设计研究主要涉及其在各种设备中的应用及优化设计。
下面以某自动化生产线上的步进电机应用为例进行说明。
在自动化生产线中，步进电机常被用于驱动各种执行机构，如传送带、抓取装置等。
为了实现精确的运动控制，需要对步进电机的驱动控制系统进行优化设计。
首先，根据实际需求选择合适的步进电机型号和脉冲分配方式；其次，设计合理的电机驱动电源，保证其抗干扰能力和稳定性；最后，采用闭环控制算法对电机进行精确控制。
电梯控制系统功能及速度曲线毕业论文
电梯控制系统功能及速度曲线毕业论文目录第1章绪论 (1)第2章方案论证 (2)2.1 基本方案概述 (2)2.1.1. 电梯变频调速控制的特点 (3)2.1.2. PLC控制电梯的特点 (3)2.2 变频器的选择 (4)2.2.1 安川VS-616G5型变频器特点 (4)2.2.2 安川VS-616G5型变频器配置 (5)2.3 可编程控制器（PLC）选择 (5)第3章系统硬件设计 (7)3.1概述 (7)3.1.1 电梯PLC控制系统基本结构 (7)3.1.2 电梯信号控制系统组成 (7)3.1.3 电梯控制系统原理框图 (8)3.2 电梯控制系统功能及速度曲线 (9)3.2.1 电梯控制系统功能 (9)3.2.2 电梯速度给定曲线 (9)3.3 PLC输入输出信号及系统选型 (10)3.3.1 PLC输入输出信号 (10)3.3.2 PLC系统选型 (12)3.4 控制系统I/O地址分配 (13)3.5 PLC及扩展模块外部接线设计 (14)3.5.1 PLC主机外部接线设计 (14)3.5.2 扩展模块外部接线设计 (16)3.6电梯PLC系统控制电气设计 (17)第4章系统软件设计 (18)4.1 程序中使用的通用继电器及功能 (18)4.2 计数脉冲的确定 (19)4.3 基于高速计数器的相关设计 (19)4.3.1 高速计数器初始化 (19)4.3.2 轿厢所处楼层位置的确定 (22)4.3.3 门厅及轿厢处楼层显示 (23)4.3.4 减速信号的确定 (23)4.4 开关门控制 (26)4.4.1 开门控制 (26)4.4.2 关门控制 (28)4.5 内呼外唤及定向信号的获取 (29)4.5.1 内指令信号处理 (29)4.5.2 外召唤信号处理 (29)4.5.3 内呼外唤及定向信号获取梯形图 (29)4.6 选层定向及反向截梯 (32)4.7 呼梯铃控制与故障报警 (35)第5章结论 (37)参考文献 (38)致谢 (40)附录Ⅰ (41)附录Ⅱ (46)第1章绪论自1889年美国奥梯斯升降机公司推出世界第一部以电动机为动力的升降机以来，电梯在驱动方式上经历了卷筒式驱动、牵引式驱动等历程，逐渐形成了直流电机拖动和交流电机拖动两种不同的拖动方式。
步进电机升降速曲线控制方法
步进电机【2 】起落速曲线掌握办法技巧分类:电机与活动掌握揭橥时光：2007-07-09在一些掌握简略或请求低成本的活动掌握体系中,经常用步进电机做履行元件.步进电机在这种运用处合下最大的优势是：可以开环方法掌握而无需反馈就能对地位和速度进行掌握.但也恰是因为负载地位对掌握电路没有反馈,步进电机就必须准确响应每次励磁变化.假如励磁频率选择不当,电机不可以或许移到新的地位,那么现实的负载地位相对掌握器所等待的地位消失永远误差,即产生掉步现象或过冲现象.是以步进电机开环掌握体系中,若何防止掉步和过冲是开环掌握体系可否正常运行的症结.掉步和过冲现象分离出如今步进电机启动和停滞的时刻.一般情形下,体系的极限启动频率比较低,而请求的运行速度往往比较高.假如体系以请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,轻则可能产生丢步,重则基本不能启动,产生堵转.体系运行起来今后,假如达到终点时立刻停滞发送脉冲串,令其立刻停滞,则因为体系惯性感化,电机转子会转过均衡地位,假如负载的惯性很大,会使步进电机转子转到接近终点均衡地位的下一个均衡地位,并在该地位停下. 为了战胜掉步和过冲现象,应在步进电机启停时进行如图1所示的起落速掌握.从图 1 可以看出,L2段为恒速运行,L1 段为升频,L3段为降频,按照“掉步”的界说, 假如在 L1 及 L3 段上升及降低的掌握频率变化大于步进电机的响应频率变化,步进电机就会掉步,掉步会导致步进电机停转,经常会影响体系的正常工作,是以,在步进电机变速运行中,必须进行准确的起落速掌握.以下按不同的掌握单元,介绍几种常用的步进电机起落速掌握办法.1.活动掌握卡作上位掌握单元——以MPC01系列活动卡为例MPC01系列活动掌握卡可以作为PC机活动掌握体系的焦点掌握单元.卡上的专用活动掌握芯片可主动进行起落速盘算.其活动掌握函数库中也有专门进行梯形起落速活动参数设置的函数——set_profile(int ch, double ls, double hs, double accel).其参数界说如下：ch: 设定的轴号.ls:?设定低速（肇端速度）的值. 单位为pps（脉冲/秒）hs: 设定高速（恒速段）的值.单位为pps（脉冲/秒）accel：设定加快度大小.单位为ppss（脉冲/秒/秒）用户在挪用活动指令函数时,只需指定总的脉冲数, 活动掌握卡上的专用活动掌握芯片便按照set_profile函数设置的活动参数主动进行起落速盘算,而不会占用PC机的CPU资本.2.器具有活动掌握功效的PLC做上位掌握单元——以松下FP0系列PLC为例松下FP0系列PLC具有专用的活动掌握指令,其CPU单元可主动进行图1所示的起落速盘算.和MPC01系列活动掌握卡类似,用户只需设置梯形速度的初速度ls.恒速hs.加快时光t和所需发的脉冲数P.运行此程序段,当PLC检测到输入端X2的一个上跳变时,便主动履行如图1所示的起落速脉冲输出功效.3.用单片机做上位掌握单元采用微机对步进电机进行加减速掌握,现实上就是转变输出脉冲的时光距离,升速时使脉冲串逐渐加密,减速时使脉冲串逐渐稀少.采用准时器中止方法掌握电机变速时,现实上是不断转变准时器装载值的大小.单片机在掌握电机加减速的进程中,一般用离散办法逼近幻想的起落速曲线.加减速的斜率在直线加快进程中,速度不是持续变化,而是按分档阶段变化,为与请求的升速斜率相逼近,必须肯定每个台阶上的运行时光,见图3.时光Δt越小,升速越快,反之越慢.Δt的大小可由理论或试验肯定,以升速最快而又不掉步为原则.每个台阶的运行步数为为Ns=fsΔt=sΔN,反应了每个速度台阶运行步数与当前速度s之间的关系,程序履行进程中,每次速度升一档,都要盘算这个台阶应走的步数,然后以递减方法检讨,当减至零时,该档速度运行完毕,升入又一档速度.电机在升速进程中,对升速总步数进行递减操作,当减至零时升速进程停滞,转入匀速运转进程.减速进程的纪律与升速进程雷同,只是按相反的次序进行.在步进电机的启停进程中,根据掌握体系的具体特色,采用上述三种起落速掌握方法之一,都可以避免电机掉步或过冲,达到比较准确的掌握.。
步进电机加减速的S曲线控制
步进电机加减速的S曲线控制为了满足柔性加工的要求，在控制电机运行时要保证电机在加减速时保持输出力矩的连续，文章采用了S曲线的方法来控制步进电机加减速，使电机保证加速度的连续，从而保证输出力矩的连续。
标签：S曲线；加减速控制；步进电机1 概述电机的加减速控制是数控系统的重要组成部分，也是其关键技术之一。
快速准确的定位更是加减速控制的重中之重，要实现这一目标就需要保证电机在不失步的情况下启动和停止，并以最快的速度达到指定位置。
目前常见的加减速曲线有：梯形曲线、S型曲线和指数曲线等。
由步进电机的特性可知，S型曲线控制更适用于实际应用。
2 S型曲线数学模型目前运用最为广泛的仍为7段S型曲线，它把整个过程分为加加速、匀加速、减加速、匀速、加减速、匀减速、减减速这7个过程。
它能够有效的保证加速度与速度的连续，但根据实际不同的路劲长度，可分成多种情况进行考虑，整体的数学模型就相对而言比较复杂，计算量也偏大。
在七段S曲线的基础上，为了简化模型，降低整体系统的计算量，文章提出了五段S曲线，其分为五个阶段：加加速、加减速、匀速、加减速、减减速。
与七段S曲线相比，减少了匀加速和匀减速这两个过程，但其仍可以满足加速度a 和速度v连续。
设Vs为起始速度，Ve为终止速度，V为设定的最高速度，T1～T5为各个阶段的运行时间。
假设在T1，T2，T3，T5时间段内，加速度a的变化率J的值是恒定的。
为了保证运行轨迹在起始位置与减加速末位置的加速度a均为0，应该保证加加速的时间与减加速的时间相同，即T1=T2，同理可得T4=T5，又由于加速度的变化率J恒定，可得T1=T2=T4=T5=Tm，这里的Tm由起始速度Vs、最高速度V和加速度变化率J决定，进一步推导可得初始速度等于终止速度，即Vs=Ve。
利用加速度、速度、位移之间的积分关系可以推导出加速度a、速度v、位移s之间的积分关系可直接列出公式，只要确定了Tm和T3两个变量，就可以任意时刻的加速度、速度和位移，可以构造出完整的S曲线。
步进电机控制系统设计
步进电机控制系统设计花同【摘要】基于步进电机原理和单片机控制技术,进行了步进电机控制系统的硬件和软件设计。
系统采用离散方法实现了精确控制步进电机的目的。
单片机采用STC12C5624AD。
在单片机与步进电机之间选用SH2034M型号步进电机驱动器。
并在步进电机的转子上安装了霍尔位置传感器实现了步进电机控制系统的闭环控制。
在软件上给出了步进电机加减速速度控制算法流程图。
实验表明所设计的控制系统具有控制精度高,稳定性好等优点,可应用于无人机器人系统中。
%Based on the stepping motor principle and single-chip microcomputer control technology,hardware and software of the stepping motor control system have been designed.System uses discrete method realizing purpose of the precise control of stepping motor.Microcontroller usesSTC12C5624AD.Step-motor drive chooses SH2034M model between the microcontroller and step-motor.Hall position sensor is installed in the stepping motor rotor realizing the stepping motor control system of closed-loop control.The software is presented on deceleration stepper motor speed control algorithm flow chart.Experiments show that the design of control system has the high control accuracy,good stabilityetc,and can be applied into unmanned robot system.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2011(019)015【总页数】3页(P13-15)【关键词】单片机;细分驱动;升降速;离散控制【作者】花同【作者单位】武警工程学院研究生37队,陕西西安710086【正文语种】中文【中图分类】TP273步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移（或线位移）的电磁机械装置[1]。
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控制工程Control Engineering of China Sep .2008Vol .15,No .52008年9月第15卷第5期文章编号:1671-7848(2008)05-0576-04 收稿日期:2007-05-31; 收修定稿日期:2007-08-05基金项目:国家自然科学基金资助项目(60534010)作者简介:王 勇(1977-),男,辽宁大连人,博士,主要研究方向为电动机伺服控制等;王 伟(1955-),男,(满族),教授,博士生导师。
步进电机升降速曲线控制系统设计及其应用王 勇,王 伟,杨文涛(大连理工大学信息与控制研究中心,辽宁大连 116023)摘 要:使用PLC 模块搭建步进电机控制系统时,系统灵活性差、造价高。
针对此问题,提出基于AR M7微处理器的步进电机的嵌入式控制系统,并进行了两种步进电机升降速曲线的设计与实现,给出了这两种曲线在工业定长嵌入式控制系统中的应用对比。
实际运行表明,采用提出的升降速曲线策略的步进电机控制系统在未增加成本的情况下,有效抑制了失步和过冲现象,避免了机械柔性冲击,延长了系统寿命,提高了生产效率。
关 键 词:步进电机;升降速曲线;嵌入式系统;AR M7微处理器中图分类号:TP 202 文献标识码:AControl System Design of Acceleration and Deceleration Curves ofStepping Motor and Its ApplicationW ANG Yong ,W A NG W ei ,YA NG Wen -tao(Res earch Center of Information and Control ,Dalian Univers it y of Technol ogy ,Dalian 116023,China )A bstract :The step motor is a kind of electric actuator that transfers electrical pulses into angular displacement .It is wildl y used in all kinds of open -loop control s y stems because of its no cumulative error and easy control .To the problem that PLC used in the control of step motor hasdisadvantages of high price and being unhandy in the system structure ,an ARM7processor based embedded control s y stem is proposed for step motor and two kinds of acceleration and deceleration curves are designed and implemented .An application comparison is given in the industrial constant length control .The results show that the proposed methods improve the out -of -step and overshoot performance of step motor s ystem and prolong the system life without more cost .Key words :step motor ;acceleration deceleration curve ;embedded system ;ARM7processor1 引 言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元件。
通常的步进电机控制系统设计是使用PLC 模块搭建系统。
这种设计方案简单,硬件可选范围广,并且软件编程容易,直接通过梯形图编程即可完成相应功能。
但PLC 系统造价高,系统灵活性差,针对某个具体应用场合,很难选择出一套完全与应用吻合的系统,往往造成系统资源浪费。
并且在某些特殊应用的情况下,有些技术细节很难实现。
针对上述问题,本文提出基于AR M7微处理器的步进电机的嵌入式控制系统。
在简要介绍使用ARM7对步进电机实现控制的基础上,进行了两种步进电机升降速曲线,即分段线性加速[1]和S 型曲线加速[2]的设计与实现,并且给出这两种曲线在工业定长系统中的应用对比。
2 升降速曲线控制系统结构升降速曲线控制系统结构,如图1所示。
图1 升降速曲线控制系统结构Fig .1 Control system frame for acceleration deceleration curveARM 系列微处理器是32位高性能处理器的主要产品之一。
其他的类似产品主要有PowerPC ,68K ,MIPS 等系列。
而这其中AR M 控制器则是凭DOI :10.14107/j .cn ki .kzgc .2008.05.003借其功耗低、性价比高、代码密度高3大特色成为行业公认的嵌入式RISC 处理器标准[3]。
AR M7系列微处理器的主要应用领域为工业控制、Internet 设备、网络和调制解调器设备、移动电话等多种多媒体和嵌入式应用。
控制系统中使用了两片ARM7控制器,LPC2220专门负责人机交互和参数存储等操作,LPC2132则专注于运动控制和运动曲线生成。
这样选取主要有以下两个原因:①目前,最常用的单色LCD 控制器SED1335的数据传输速度相对于ARM7控制器来讲显得十分缓慢,经过初期计算和实际测量,刷新一屏320＊240点的图片最快需130ms 左右,所以在显示任务繁重的时候其他任务的实时性很难保证,LCD 屏显示的速度成了整个系统的瓶颈。
可以选择一款片内集成LCD 控制器的微控制器,或使用两片微控制器分别负责人机交互和控制来解决这个问题。
集成LCD 控制器的微控制器价格普遍偏高,因此采取了第二种解决方法,并且通过职责分开,LPC2132专门负责控制,大大提高了系统的实时性,可以满足更为苛刻的系统需求。
②通过职责分开,增加了系统设计的并行性和修改的灵活性。
在设计控制程序的同时,其他模块的设计工作可以同时进行,并且两个部分可以单独调试,互不影响。
同时,当需要修改系统功能时,可以只对相关的控制器一侧进行改动,不会影响另一侧的控制器功能,从而使功能修改变得简单易行。
步进电机脉冲输出的硬件平台采用的是Lpc2132控制器自身集成的脉宽调制(PW M )模块,而不是采用运动控制芯片。
Lpc2132[4]为6 32位AR M7TDMI -S 核心控制器,超小LQFP64封装;具有16kB 的片内静态RAM 和64kB 的片内Flash 程序存储器;通过片内boot 装载程序实现在系统编程(ISP )和在应用编程(I AP );EmbeddedICE RT 和嵌入式跟踪接口;两个32位定时器 外部事件计数器;PW M 单元(6路输出);看门狗等。
控制器分别从Lpc2132的引脚P1.24和P1.25输出两路脉冲(应用PW M2通道),分别控制两台步进电机,步进电机方向信号由引脚P1.8输出,高电平时,步进电机顺时针旋转,低电平时步进电机逆时针旋转。
3 升降速曲线的设计1)常见的加减速曲线 实际应用中常用的升降速曲线包括阶梯加减速曲线,分段线性加速曲线,指数加减速曲线,及S 形加减速曲线,如图2所示。
图2 步进电机常见加减速曲线Fig .2 Step motor acceleration and deceleration curves阶梯加减速曲线见图2(a ),步进电机的转速每跃升一个台阶后将恒速运转一段时间。
这种方法的缺点是在恒速阶段没有加速,未充分利用步进电机的加速性能,而且在高频段加速台阶高,步进电机在速度阶跃时会发生失步。
分段直线加减速曲线见图2(b ),步进电机的加速度在每段直线内是恒定的,这种算法的优点是算法简单,占用机时少,响应快,效率高。
但也存在缺点,从图中可以看出,在加减速阶段的起点、终点和每两端直线的衔接处加速度有突变,电机运动存在柔性冲击。
这种加减速方法一般用于运动比较简单的情况。
指数加减速曲线见图2(c ),指数加减速和直线加减速相比,平滑性好,运动精度高,但算法复杂,占用机时长,而且加减速的起点和终点还是存在加速度突变,具有柔性冲击。
并且加速段脉冲数与减速段脉冲数在理论上不相等,必须经过调整处理后才能实际应用,整个调速控制过程完成的时间比理论计算要长。
S 形加减速曲线见图2(d ),S 曲线加减速的称谓是由系统在加减速阶段的速度曲线形状呈S 形而得来的,采用降速与升速对称的曲线来实现升降速控制。
正常情况下的S 曲线运行过程可分为加加速段、匀加速段、减加速段、匀速段、加减速段、匀减速段和减减速段7段。
在变加减速区,加速度的导数为恒值;恒加减速区,加速度为恒值;匀速段的速度为恒值,加速度为零。
S 形加减速在任何一点的加速度都是连续变化的,从而避免了柔性冲击,速度的平滑性很好,运动精度高。
但是算法较复杂,一般用于高速、高精度加工中。
2)两种升降速曲线的实现①步进曲线线性加速 设步进电机以f 1(Hz )步进频率启动,以β(步 s 2)加速,直到恒速运行的频率f s 。
于是,连续变化的步进频率f 可表示为f =g +βt(1)式中,g 为低于启动频率f 1的某一频率。
脉冲定时为t 1=0,t 2,t 3,…,t m ,…。
从第m 个脉冲到第(m +1)个脉冲的每个时间间隔里,旋转的角度等于一个步距角,所以每个四边形A ,B ,C ,D ,…的面积都等于一步。
令脉冲时间间隔为·577·第5期 王 勇等:步进电机升降速曲线控制系统设计及其应用 Δt m ,Δt m =t m +1-t m 。
与Δt m 所对应的脉冲频率或步进频率为f m =1 Δt m ,这个值和式(1)在t =t m +Δt m 2或每个脉冲间隔中点的f 值相同。
线性加速中的脉冲定时,如图3所示。
图3 线性加速中的脉冲定时Fig .3 Pulse timing in linear acceleration图中用实线表示f 0实际的速度曲线可能趋于用虚线表示的曲线。
以t =Δt 1 2时,f =f 1这个条件决定式(1)中的g 。
因为Δt 1=1 f 1,所以,式(1)成为f 1=g +βΔt 1 2=g +(β (2f 1))(2)g =f 1-(β (2f 1))(3) 图3中,abcd 所包围面积为(m -1)步,即:{(g +(g +βt m )) 2}t m =(m -1)即为二次方程βt 2m +2gt m -2(m -1)=0。