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基于STM32步進(jìn)電機(jī)s型加減速控制
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2018-8-14 02:48 上傳
一個(gè)物體從起點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn),要經(jīng)歷加速,勻速,減速的過程,把整個(gè)過程中速度隨時(shí)間變化關(guān)系畫出來,就是速度曲線.
S型加減速就是指速度曲線中加減速階段的曲線呈現(xiàn)一個(gè)英文字母'S'型.
S型加減速相對(duì)于梯形加減速更加平穩(wěn),對(duì)電機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)的沖擊更小.
S型加減速的曲線并沒有限定是什么曲線,所以可以是指數(shù)曲線,可以是正弦曲線.這里分析的S型加減速是基于加速度勻速變化的曲線.
S型加減速的優(yōu)點(diǎn)就是啟動(dòng)和停止都很平滑,不會(huì)有很大的沖擊,但缺點(diǎn)就是啟動(dòng)和停止的時(shí)間比較長.
具體的加減速的速度曲線看背景圖….
右圖就是S型加速曲線和對(duì)應(yīng)的加速度曲線示意圖
在加速過程中,前半部分由于加速度是勻速遞增的,
這段曲線我們稱為加加速段曲線(后面稱它為IncAccel),后半部分是加速度勻速遞減的,稱為減加速段(DeAccel).
加加速段是加速度關(guān)于時(shí)間的斜率為正的直線,減
加速則是加速度關(guān)于時(shí)間的斜率為負(fù)的直線.
加速度從0開始變化,到了最大值開始減小,最后為0,
由于加速度的斜率是相同的,所以加加速度和減加速度
所用的時(shí)間是一樣.這兩段曲線是關(guān)于加速度最大值的對(duì)應(yīng)的速度中心對(duì)稱的.
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單片機(jī)源程序如下:
- #include "Speed.h"
- //函數(shù)名稱： CalculateSpeedTab
- //函數(shù)功能：計(jì)算加減速表
- //參數(shù)參數(shù)：Speed 速度結(jié)構(gòu)體
- // V0; //初速度，單位：step/s
- // Vt; //末速度，單位：step/s
- // S; //路程，單位：step
- // t; //加速時(shí)間，單位：s
- // time; //加速次數(shù) 單位：次
- // *SpeedTab; //加速速度表，速度單位：step/s
- // SecSpeedPoint; //減速點(diǎn) 單位：step
- //返回輸出：速度結(jié)構(gòu)體
- static Speed_t CalculateSpeedTab(Speed_t Speed)
- {
- int i;
- double aa; //加加速
- int DeltaV; //速度變化量
- int tempVt;
- //如果速度記錄表的指針為空，說明沒有分配內(nèi)存
- RT_ASSERT(Speed->SpeedTab != RT_NULL);
- //各參數(shù)是否超范圍
- RT_ASSERT(IS_SPEED(Speed->V0, Speed->Vt));
- RT_ASSERT(IS_SPACE(Speed->S));
- RT_ASSERT(IS_ADDTIMING(Speed->t));
- RT_ASSERT(IS_ADDTIME(Speed->time));
- //根據(jù)加速法則計(jì)算末速度
- tempVt = LASTVELOCITY(Speed->S / SPEEDPRINCIPLE, Speed->V0, Speed->t);
- Speed->Vt = (tempVt > Speed->Vt) ? Speed->Vt : tempVt;
- Speed->SecSpeedPoint = ACCELERATESPACE(Speed->V0, Speed->Vt, Speed->t); //計(jì)算減速點(diǎn)位置，剩余路程為該值時(shí)開始減速
- aa = (double)((Speed->Vt - Speed->V0) / 2) //加速度變化拐點(diǎn)時(shí)的速度值 a| /|\
- * 2 //知道直角三角形面積，逆推三角型高度時(shí)將面積*2 | / | \面積為DeltaV
- / (Speed->time / 2) //除以底邊 | / | \
- / (Speed->time / 2); //再除以底邊，得到斜率，即加加速 |/___|___\__time
- //開始速度計(jì)算
- for(i = 0; i < ((Speed->time / 2) + 1); i++)
- {
- DeltaV = (aa * i * i) / 2; //V = V0 + a * t / 2; a = aa * t;
- *(Speed->SpeedTab + i) = Speed->V0 + DeltaV; //當(dāng)前點(diǎn)的速度
- *(Speed->SpeedTab + Speed->time - i) = Speed->Vt - DeltaV; //對(duì)稱點(diǎn)的速度
- }
- return Speed;
- }
- //函數(shù)名稱：TestSpeed
- //函數(shù)功能：測試速度表計(jì)算函數(shù)
- //函數(shù)參數(shù)：V0 初速度，單位：轉(zhuǎn)/min
- // Vt 末速度，單位：轉(zhuǎn)/min
- // S 路程，單位：mm
- // time 加速次數(shù)
- //函數(shù)返回：無
- void TestSpeed(int V0, int Vt, int S, int time)
- {
- int i;
- Speed_t Speed = (Speed_t)rt_malloc(sizeof(struct SPEED));
- Speed->V0 = STEPSPEED(V0); //起速
- Speed->Vt = STEPSPEED(Vt); //末速
- Speed->S = TOTALSTEP(S); //路程
- Speed->t = 0.2; //加速時(shí)間設(shè)為0.2秒
- Speed->time = time; //加速次數(shù)
- Speed->SpeedTab = (int *)rt_malloc(sizeof(int) * (Speed->time + 1)); //根據(jù)加速次數(shù)申請(qǐng)表格內(nèi)存，加1，以防用的時(shí)候超界
- CalculateSpeedTab(Speed); //開始計(jì)算
- for(i = 0; i < Speed->time; i++)
- {
- rt_kprintf("SpeedTab[%d] = %d, Acceleration = %d\n"
- , i
- , *(Speed->SpeedTab + i)
- , *(Speed->SpeedTab + i + 1) - *(Speed->SpeedTab + i));
- }
- rt_kprintf("SpeedTab[%d] = %d\n", i, *(Speed->SpeedTab + i));
- rt_free(Speed->SpeedTab);
- rt_free(Speed);
- }
- FINSH_FUNCTION_EXPORT(TestSpeed, Test Speed table calculate);
頭文件：
- #ifndef __SPEED_H__
- #define __SPEED_H__
- #include "rtthread.h"
- #include "finsh.h"
- /* 三分之一加減速法則：
- 加速路程不超過三分之一總路程，
- 這樣做的目的是給減速留有足夠的時(shí)間去檢測減速點(diǎn)，
- 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的將速度減到初速度，
- 如果在處理速度夠快的情況下，
- 可以選擇二分之一加減速
- */
- //加減速法則，2分之一法則或3分之一法則
- #define SPEEDPRINCIPLE 3
- //電機(jī)最大轉(zhuǎn)速，單位轉(zhuǎn)/min
- #define MOTOMAXSPEED 1500
- //電機(jī)每轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)距離,單位：mm
- #define MOTOROUNDLENGTH 36
- //電機(jī)最大初速度，初速度超過該值會(huì)對(duì)電機(jī)造成傷害，單位轉(zhuǎn)/min
- #define MOTOMAXSTART 200
- //驅(qū)動(dòng)器細(xì)分?jǐn)?shù)
- #define DRIVERSFRACTION 1
- //電機(jī)細(xì)分?jǐn)?shù)
- #define MOTOFRACTION 200
- //根據(jù)初速度，末速度，以及時(shí)間，計(jì)算加速路程
- #define ACCELERATESPACE(V0,Vt,t) (((V0) + (Vt)) * (t) / 2)
- //根據(jù)加速路程，初速度，以及時(shí)間，計(jì)算末速度
- #define LASTVELOCITY(S,V0,t) (2 * (S) / (t) - (V0))
- //根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/min），計(jì)算電機(jī)步速度（step/s）
- #define STEPSPEED(RV) ((RV) * MOTOFRACTION * DRIVERSFRACTION / 60)
- //根據(jù)長度計(jì)算電機(jī)所需走的步數(shù)，S的單位為mm
- #define TOTALSTEP(S) S * MOTOFRACTION * DRIVERSFRACTION / MOTOROUNDLENGTH
- struct SPEED
- {
- int V0; //初速度，單位：step/s
- int Vt; //末速度，單位：step/s
- long long S; //路程，單位：step
- double t; //加速時(shí)間，單位：s
- int time; //加速次數(shù) 單位：次
- int *SpeedTab; //加速速度表，速度單位：step/s
- int SecSpeedPoint; //減速點(diǎn) 單位：step(在電機(jī)運(yùn)動(dòng)過程中，如果剩余路程小于等于該值，那么電機(jī)開始減速)
- };
- typedef struct SPEED * Speed_t;
- //各參數(shù)范圍值，可以在此設(shè)置參數(shù)范圍
- //初速度大于0小于電機(jī)最高起速，末速度大于初速度，小于電機(jī)最高轉(zhuǎn)速
- #define IS_SPEED(V0,Vt) (((V0) >= 0) && ((V0) <= STEPSPEED(MOTOMAXSTART)) \
- && ((Vt) >= (V0)) && ((Vt) <= STEPSPEED(MOTOMAXSPEED)))
- #define IS_SPACE(S) ((S) > 0)
- #define IS_ADDTIMING(t) ((t) > 0)
- #define IS_ADDTIME(time) ((time) >= 32) //讓加速次數(shù)必須大于等于32，否則計(jì)算表格就沒什么意義
- #endif
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