應用微機實現步進電動機的速度控制
金孚安（陜西機械學院）
o引 言
應用微機控制 步進電機速度的優點是靈活方便、可靠性高以及造價低。本文就步進電動機的變速過程和變速原理提出新的看法，以便更好地設計步進電動機的速度控制程序。 1步進電動機速度控制原理
所謂步進電動機的速度控制就是控制步進電動機產生動作時間，使步進電動機按照給定的速度規律進行工作。
首先考慮步進電動機的勻加速過程。若步進電動機在初始時刻to=0的速度為零，現在要求步進電動機按勻加速度（a>0）加速，終止速度是y，步進電動機的速度控制曲線如圖中的曲線i（虛線）所示。
步進電動機的步進時間是離散的，它的工作過程是走一步停一下的循環過程。直線1只是理想的速度曲線，而決不是實際的速度曲線。
在to時刻進給脈沖mo，步進電機走一步，其位移為l步，間隔ti秒的，在時刻進給脈沖mi，容易看出步進在時間區間的平均速度是
平均速度曲線如圖la的直線段aibi所示。連結0，bi兩點，為了使直線obi和理想速度曲線i重合，別ti規滿足
(a)曲線i：理想加速曲線，曲線ⅱ：終止速度在v2和v3之間的加速原理曲線obibzb
(b)與曲線i相應的位移一時間曲線
(c)與曲線i相應的進給脈沖序列
若l為相鄰兩個進給脈沖mf_j，mf的時間間隔（單位：s），vi為步進電機在時間間隔( t/-/，ff)的平均速度（單位：步／秒），則
其相應的平均速度曲線分別是直線段和ai+ibi+i，連接bi、bi+i兩點，直線bibi+i和理想曲線i重合，則t須滿足
若約定vo=o時，把它代入(4)式確定ti，仍有(2)式所給出的結果。
這里再次強調指出，y是步進電機在時間間隔t.內的平均速度，(3)式是一個精確的解析表達式；≠決不是進給一步后的末速度。步進電機在f，時刻的末進速度vi是實際位移曲線（如圖lb曲線ⅲ所示）在ti時刻的切線的斜率，實際末速度vi很難用解析式表示。用運動學規律無法解釋曲線i是實際速度曲線，也無法解釋它在ti時刻的速度值等于≠i。
從上面的分析可以看出步進電機的速度控制實際上是按分級調速方式進行的。一般情況下，終止速度往往不是圖l口上的圓弧點。那么用公式(4)無法確定，因此最后一個脈沖時間間隔l應取
當不等式的右端為嚴格不等式時，此時步進電動機在t內的平均速度曲線是不和理想速度曲線i重合，它位于曲線i的下方。步時電動機的最后一級的加速度a
當不等式(5)的右端的等號成立時。就是理想速度曲線上的一個點。文中稱連接線。為加速原理曲線。
最后一個進給脈沖的時間間隔�？梢杂梢阎牡V。求出，利用(4)式可以反過來確定t。
若加速原理曲線和理想速度曲線重合，則按(6)式遞推m步有
若加速原理曲線和理想速度曲線不重合，則有
從(7)式可看出按照(6)式確定進給脈沖間隔時間，則v1是位于原理曲線段obi的內點。
按照公式(4)和(6)確定進給脈沖時間間隔分別是正向計算和反向計算。如果正向計算時，加速原理曲線的最后一段。不和理想曲線重合，則按照反向計算，加速原理曲線的第一段oc1和理想曲線不重合。而它們的進給脈沖時間間隔也不相同，加速所需的時間也不相同，后者大于前者，它們又都大于按照理想曲線加速所需用的時間。圖2是按照反向計算進行加速的原理示意圖。
曲線i：終止速度為v4時理想加速曲線，以及正向加速原理曲線和反向原理加速曲線三者重合
曲線ⅱ：終止速度在v2和v3之間的反向加速
勻減速過程只是勻加速過程的逆過程。按照勻加速原理確定的進給脈沖時間間隔序列逆序排列就得到勻速過程的進給脈沖時間間隔序列。
步進電動機的勻速控制就更簡單了，它的進給脈沖時間間隔等于古。
對于步進電動機的速度控制曲線，無論它多么復雜，可以把它分段線性化，它的每一段都是上文所述的三種（勻加速、勻減速、勻速）中的一種。
2結 語
實現步進電動機的速度控制，關鍵的問題是正確確定相鄰兩步的時間間隔。而要作到這點，必須正確地理解步進電動機的速度控制原理，以及有一套完整的計算公式。
一般情況下，步進電動機的速度控制曲線是予先規定好的，速度控制是開環控制，沒有必要采用在線計算控制速度。時間間隔計算式(4)和(6)式都比較繁瑣，通常是采用離線計算，求得各個7i，通過一張延時時間表把丁，編入程序中，然后按照表地址依次取出下一步進給的t值，通過延時程序或者實時時鐘控制器產生給定的時間間隔，發出相應的步進命令。若采用延時程序來獲得進給時間，那么cpu在控制步進電動機期間，不能作其它工作。cpu讀t值后，就進入延時一循環程序，延時時間到，便調用脈沖分配子程序，等返回后重復
此過程，直到全部進給完畢為止。若采用實時時鐘控制器，速度控制程序應在進給一步后，把下一步的t-[i]值送入定時計數器的時間常數寄存器，然后cpu就進入籌待中斷狀態或者處理其它事務，當定時計數器的延時一到，就向cpu發出中斷請求，cpu接受中斷后立即響應，轉入脈沖分配的中斷服務程序。
參考文獻
1謝劍英．微型計算機控制技術．國防出版社，1985：12
2劉敏清，王元一．微機在自動控制系統中的應用．北京：中國鐵道出版社，1987
中國步進電機網淘寶店：http://shop57539716.taobao.com |
