在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床中, 步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用非常廣泛, 它具有簡(jiǎn)單用等顯著特點(diǎn)。但要想充分發(fā)揮它的優(yōu)點(diǎn)就必須解決步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)和停止時(shí)容易產(chǎn)生的失步和過(guò)沖的現(xiàn)象。本文選擇高性能的ARM微處理路, 采用不斷修正定時(shí)器初值, 從而改變定時(shí)中斷脈沖報(bào)率的方法控制步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)和停止過(guò)程。取得了良好的控創(chuàng)效果并給出了具體的計(jì)算公式和軟件實(shí)現(xiàn)。 關(guān)鍵詞 ARM 步進(jìn)電機(jī) 加減速控制 脈沖 隨著工業(yè)的發(fā)展, 嵌入式技術(shù)應(yīng)用日益廣泛和成熟。嵌入式處理器作為一種位高性能、低功耗的PISC芯片, 支持多種操作系統(tǒng)、主頻高、運(yùn)算處理能力強(qiáng), 并可兼容位器件, 還能帶海量低價(jià)的尺數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。得到各行各業(yè)的青睞, 已經(jīng)顯示出強(qiáng)大的功能和巨大的商業(yè)價(jià)值。尤其在控制領(lǐng)域獲得了越來(lái)越為廣泛的應(yīng)用。利用以尺洲為內(nèi)核的嵌入式微處理器進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā), 有著廣闊的發(fā)展空間。 在一些要求低成本的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中, 經(jīng)常用步進(jìn)電機(jī)做執(zhí)行元件。步進(jìn)電機(jī)在這種應(yīng)用場(chǎng)合下最大的優(yōu)勢(shì)是可以開(kāi)環(huán)方式控制而無(wú)需反饋就能對(duì)位置和速度進(jìn)行控制。但也正是因?yàn)樨?fù)載位置對(duì)控制電路沒(méi)有反饋, 步進(jìn)電機(jī)就必須正確響應(yīng)每次勵(lì)磁變化。如果勵(lì)磁頻率選擇不當(dāng), 電機(jī)不能夠移到新的位置, 那么實(shí)際的負(fù)載位置相對(duì)控制器所期待的位置出現(xiàn)永久誤差, 即發(fā)生失步現(xiàn)象或過(guò)沖現(xiàn)象。因此步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中, 如何防止失步和過(guò)沖是開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵。 步進(jìn)電機(jī)加減速控制原理 失步和過(guò)沖現(xiàn)象分別出現(xiàn)在步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)和停止的時(shí)候。一般情況下, 系統(tǒng)的極限啟動(dòng)頻率比較低, 而要求的運(yùn)行速度往往比較高。如果系統(tǒng)以要求的運(yùn)行速度直接啟動(dòng), 因?yàn)樵撍俣纫殉^(guò)極限啟動(dòng)頻率而不能正常啟動(dòng), 輕則可能發(fā)生丟步, 重則根本不能啟動(dòng)產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)。系統(tǒng)運(yùn)行起來(lái)以后, 如果達(dá)到終點(diǎn)時(shí)立即停止發(fā)送脈沖串, 令其立即停止, 則由于系統(tǒng)慣性作用, 會(huì)使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到接近終點(diǎn)平衡位盆的下一個(gè)平衡位盆, 并在該位置停下, 從而產(chǎn)生過(guò)沖現(xiàn)象。因此, 在步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)或停止時(shí)就需要進(jìn)行加、減速控制。加減速控制多采用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn), 分為加速、勻速和減速三個(gè)階段。其控制曲線如圖1所示。 加減速控制方法 采用微處理器對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行加減速控制, 實(shí)際上就是改變輸出脈沖的時(shí)間間隔, 升速時(shí)脈沖頻率逐漸加快, 減速時(shí)脈沖頻率逐漸變慢。采用恒加速度算法, 易操作性強(qiáng), 效果也很好。如圖2所示, △t[sub]m[/sub]時(shí)間內(nèi)相鄰脈沖變化完成時(shí), 即步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一步, 所以, 圖2中陰影部分面積為1。 設(shè)電動(dòng)機(jī)的加速時(shí)的第m頻率為F[sub]m[/sub], 第m[sup]-1[/sup]頻率為f[sub]m[/sub] [sup]-1[/sup] 加速度是F的斜率, 設(shè)為a, 則 軟件實(shí)現(xiàn) 采用定時(shí)器中斷方式控制電機(jī)變速時(shí), 實(shí)際上是不斷改變定時(shí)器裝載值的大小· 控制脈沖的ARM芯片的定時(shí)S3C4510發(fā)出, 則定時(shí)器的溢出頻率應(yīng)為二倍的控制脈沖頻率。實(shí)現(xiàn)函數(shù)如下： 其中fo為起始脈沖頻率, fmax為到達(dá)勻速運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的最大脈沖頻率, tran為加速或減速時(shí)的過(guò)渡脈沖步數(shù), steep為該程序段總的脈沖步數(shù)。 結(jié)語(yǔ) 采用以為內(nèi)核的微處理器主頻高、指令執(zhí)行速度快, 能輔出較高的脈沖頻率, 并采用加減速控制方法控制步進(jìn)電機(jī)能平穩(wěn)高速的運(yùn)行, 因此非常適合用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床中, 代替原來(lái)基于PC機(jī)的數(shù)控機(jī)床, 降低成本。 另外然要注意的是, 嵌入式數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)一般都是基于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的, 比如UC/OS-11而操作系統(tǒng)的本身都要依賴于定時(shí)中斷作為調(diào)度的基礎(chǔ), 在移植操作系統(tǒng)和選擇控制步進(jìn)電機(jī)的定時(shí)器時(shí)要特別小心, 兩者不能產(chǎn)生沖突和影響, 否則整個(gè)系統(tǒng)將會(huì)崩潰。 作者簡(jiǎn)介 劉艷雙 女 教師 主要研究方向：數(shù)控、步進(jìn)運(yùn)動(dòng)控制。 參考文獻(xiàn) [1]馬忠梅 馬廣云 徐英粗等 ARM嵌入式處理路絕構(gòu)與應(yīng)用基礎(chǔ) 北京航天航空大學(xué)出版社,2002 [2]楊后川 梁煒編, 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)及應(yīng)用 北京大學(xué)出版社 2005 [3]王田苗 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與示例開(kāi)發(fā) 北京清華大學(xué)出版社 2003 [4]周立功等編輯 ARM控制器基礎(chǔ)與實(shí)踐 北京航天航空大學(xué)出版社 2003