最近在研究stm32單片機(jī)控制小車加減速，寫了一些東西，教程和源程序都有：
步進(jìn)電機(jī)加減速算法設(shè)計總結(jié) 步進(jìn)電機(jī)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動化行業(yè)。目前常用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器接受兩個光電耦合信號輸入，一個為脈沖，另一個為方向。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器內(nèi)部不對電機(jī)的加減速作任何假設(shè)，它根據(jù)輸入脈沖的頻率來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 在行業(yè)應(yīng)用中，對于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的啟動與停止階段，是有一定要求的。最基本的，要求速度連續(xù)，也就是加速度無跳變。因為，加速度與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的出力是成正比的，加速度上的跳變，造就了出力的突變，直接影響就是在機(jī)構(gòu)運行過程中產(chǎn)生沖擊。不但在工作過程中有噪音，更大的危害在于縮短了機(jī)構(gòu)的使用壽命。 因此，有必要針對步進(jìn)電機(jī)開發(fā)一套合適的加減速算法，來確保電機(jī)的速度曲線連續(xù)。 本節(jié)推到線性速度實現(xiàn)過程中的幾個基本關(guān)系式。 2.1 步進(jìn)電機(jī)運行基本公式 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器接受脈沖信號，轉(zhuǎn)換為步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角，一個脈沖轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角。因此，脈沖的總數(shù)決定了一次運動過程中電機(jī)的轉(zhuǎn)角，脈沖的頻率決定了步進(jìn)電機(jī)的速度。圖1表示脈沖出現(xiàn)的時刻，時間t0，t1，t2之間的間隔分別是基礎(chǔ)時鐘的整數(shù)倍，分別為c0和c1 如果定時器的時鐘基礎(chǔ)頻率為ft，那么有 如果步進(jìn)電機(jī)的步距角為alpha，那么可以求出瞬時速度為 同時，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的角度為 其中，步距角與步進(jìn)電機(jī)每圈對應(yīng)的脈沖數(shù)有關(guān) Spr就是每圈對應(yīng)的脈沖數(shù)，steps per round 要實現(xiàn)線性速度，需要速度隨著時間均勻變化，根據(jù)勻加速計算公式有 合并后得到 從該公式中可以得出一個重要結(jié)論，那就是當(dāng)速度一定的時候，步進(jìn)電機(jī)加速度與所需的步數(shù)成反比。如果所示 因此，對于給定的總步數(shù)以及加速度，減速度，加速的步數(shù)與減速的步數(shù)是確定的 2.2 線性加減速切換步數(shù) 線性加減速的參數(shù)包括，最大速度，加速度，減速度，總步數(shù)四個。根據(jù)參數(shù)間的約束關(guān)系，分為兩種情況，一種是可以到達(dá)最大速度運行，另外一種沒到達(dá)。判定的標(biāo)準(zhǔn)是max_s_lim與accel_lim的大小，max_s_lim是達(dá)到最大速度所需的步數(shù)，accel_lim是根據(jù)給定的加速度與減速度，減速開始所需的步數(shù)。 兩者的計算方法如下 2.2.1 可以到達(dá)最大速度
那么，減速開始的步數(shù)為
2.2.2 不能達(dá)到最大速度 減速開始的步數(shù)為 根據(jù)算法原理分析，可以得知，線性加減速算法的核心在于定期改變脈沖的間隔。因此，需要在定時器溢出的時候改變下次溢出時間。 為了區(qū)分不同的速度輪廓，需要對給定的運動參數(shù)做判別，這個步驟可以在主函數(shù)中進(jìn)行。如果實際運行的過程中，不改變參數(shù)，那么固定后可以獲得更高的效率。此外，采用定點數(shù)來替換浮點運算，加快計算過程。使得該算法可以方便移植到更低端的16位乃至8位單片機(jī)上。 3.1 電機(jī)運行狀態(tài)機(jī) 為了跟蹤電機(jī)速度輪廓的各個狀態(tài)，設(shè)計了一個狀態(tài)機(jī)，分別為停止態(tài)，加速態(tài)，運行態(tài)，減速態(tài)。各個狀態(tài)的切換關(guān)系如圖所示
3.2 主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 3.2.1 速度輪廓數(shù)據(jù)SPEED_RAMP_DATA 結(jié)構(gòu)體成員的含義如下 run_state，用來指示電機(jī)運行狀態(tài) dir 電機(jī)運行方向 step_delay 以定時器周期為基數(shù)的延時數(shù) decel_start 減速開始對應(yīng)的步數(shù) decel_val 減速度 min_delay 運行態(tài)對應(yīng)的延時數(shù) accel_count 加速與減速段對應(yīng)的步數(shù)，是個累計值，在加速段從0開始，在減速段以0結(jié)束
3.2.2 電機(jī)運行標(biāo)志GLOBAL_FLAGS running，表示電機(jī)是否在運動，一個軸的運動完成以前不允許第二次運動 cmd，表示是否接到了一個運動命令，該變量保留作為上下位機(jī)交互調(diào)試使用
3.2.3 宏定義 有一些與電機(jī)參數(shù)有關(guān)的宏定義 T1_FREQ 定時器運行頻率 SPR 步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)對應(yīng)的脈沖數(shù) ALPHA 步距角 此外，為了簡化計算，以及支持定點運算，定義了一些中間常量，如 A_T_x100 T1_FREQ_148 A_SQ A_x20000
3.2.4 運動參數(shù)MOVE_PARAMS 包含有 int16_t steps; uint16_t accel; uint16_t decel; uint16_t omega;
1. 梯形加減速算法 這個算法最大的優(yōu)勢在于，不借用任何表格，在每個中斷中計算下一個中斷發(fā)生的時刻，因此節(jié)約了大量的內(nèi)存，給資源緊缺的單機(jī)，特別是8bit單片機(jī)帶來了福音。不過，這個算法在代碼上有幾個缺陷。 1，采用的是PWM輸出引腳。對于步進(jìn)電機(jī)來說，不需要采用PWM，而且一般單片機(jī)的PWM腳是硬件綁定的，不靈活。 2，在周期計算函數(shù)中，不應(yīng)該每個中斷都更新定時器的預(yù)設(shè)值，這樣就無法得到50%的占空比。 3，代碼在波形配置寄存器上少寫了一句關(guān)鍵的代碼。 4. 算法采用了定點算術(shù)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)都偏大，其中某個預(yù)定義的宏，編譯器提示溢出。 5，如果要進(jìn)一步增大加速度和速度，不進(jìn)行特殊處理，會造成32位的數(shù)據(jù)溢出。 6，對于整形運算中的%，使用了編譯器相關(guān)的特性，因此會有移植性問題。 諸如此類，不一而足，在向32bit的單片機(jī)移植過程中，本工作室對問題都做了修復(fù)，確保算法的正確性和適應(yīng)性。
2. 任意形狀的S形加減速 如果從加速度輪廓上看，梯形加減速的加速度是矩形的，而且在速度切換點，加速度從正一下子變?yōu)樨?fù)，會有明顯的響聲，因此，有必要開發(fā)更為平滑的算法。那就是S形加減速。針對S形加減速，具體做法有很多，比較簡單的做法是采用sigmoid函數(shù)，一切有S形狀的函數(shù)都可以拿來做基礎(chǔ)S函數(shù)，比如log函數(shù)的變形，sin函數(shù)。不過，這些函數(shù)在S曲線的計算公式上雖然簡單了，但是由于可調(diào)參數(shù)太少，導(dǎo)致了無法根據(jù)現(xiàn)實情況隨意更改S曲線形式，缺少靈活性。為此，本工作室在理論推導(dǎo)的基礎(chǔ)上推出任意形狀的S形曲線算法。具體來說，首先規(guī)劃運動的加速度，然后積分得到速度輪廓，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為步進(jìn)電機(jī)的頻率輪廓。
3. 擬合電機(jī)矩頻特性加減速 該算法充分利用所選的步進(jìn)電機(jī)特性曲線來選擇加減速輪廓，具有最大化電機(jī)能力的優(yōu)點，而且算法占用的空間少，對于特定的步進(jìn)電機(jī)具有帶載能力最大化的優(yōu)點，在小負(fù)載測試中發(fā)現(xiàn)，使用梯形加減速算法可以在3s內(nèi)完成無丟步的運動，換為該算法，可以實現(xiàn)2.2s無丟步加減速。
stm32源程序：
- /*----------------------------------------------------------------------------*/
- //版權(quán)信息： 無極電子工作室
- //文件名： s_curve.c
- //當(dāng)前版本： 1.0
- //單片機(jī)型號： MB9BF322L
- //開發(fā)環(huán)境： IAR EWARM7.4
- //晶振頻率： 4M
- //作者： paul
- //功能： s曲線計算文件
- //修訂記錄:
- //2015-09-28----創(chuàng)建
- /*----------------------------------------------------------------------------*/
- #include "s_curve.h"
- //s曲線加速度各段參數(shù)定義
- //起始速度
- const float f0 = 0;
- //加加速度與減減速度，
- float faa = 0;
- float frr = 0;
- //加速段三個時間
- const float taa = 0.1;
- const float tua = 0.2;
- const float tra = 0.1;
- //勻速段
- const float tuu = 5.0;
- //減速段
- const float tar = 0.1;
- const float tur = 0.2;
- const float trr = 0.1;
- unsigned int s_curve_table[TABLE_LEN]={0};
- static int S_curve_func(
- S_curve_params_struct *s_params,
- float t,
- float *freq,
- float *acc
- );
- void S_curve_gen(void)
- {
-
- unsigned int i,tint;
- float ti;
- float freq,freq_pre;
- float acc,acc_pre;
- float fi;
- S_curve_params_struct s_params;
- s_params.f0 = f0;
-
- s_params.taa = taa;
- s_params.tua = tua;
- s_params.tra = tra;
- s_params.tuu = tuu;
- s_params.tar = tar;
- s_params.tur = tur;
- s_params.trr = trr;
- s_params.faa = 2.0/(s_params.taa*(s_params.taa+s_params.tra+2*s_params.tua));
- s_params.frr = 2.0/(s_params.trr*(s_params.tar+s_params.trr+2*s_params.tur));
-
- for(i = 0;i < TABLE_LEN;i++)
- {
- fi = i*(taa+tua+tra+tuu+tar+tur+trr)/TABLE_LEN;
- S_curve_func(&s_params,fi,&freq,&acc);
-
-
- ti = TMAX - (TMAX - TMIN)*freq;
- tint = (unsigned int)ti;
- s_curve_table[i] = tint;
-
- }
-
- }
- static int S_curve_func(
- S_curve_params_struct *s_params,
- float t,
- float *freq,
- float *acc
- )
- {
- float A,B,C,D,E,F;
- float f1,f2,f3,f4,f5;
- float Ta,Tu,Tr;
- float fra,far;
- float f0,faa,frr;
- float taa,tua,tra,tuu,tar,tur,trr;
- faa = s_params->faa;
- frr = s_params->frr;
-
- taa = s_params->taa;
- tua = s_params->tua;
- tra = s_params->tra;
- tuu = s_params->tuu;
- tar = s_params->tar;
- tur = s_params->tur;
- trr = s_params->trr;
-
- f0 = s_params->f0;
- fra = faa*taa/tra;
- far = frr*trr/tar;
-
- Ta = taa + tua + tra;
- Tu = tuu;
- Tr = tar + tur + trr;
- A = f0;
- B = f0 - 0.5*faa*taa*taa;
- C = f0 + 0.5*faa*taa*taa + faa*taa*tua + 0.5*fra*(taa+tua)*(taa+tua) - fra*Ta*(taa+tua);
- f1 = f0 + 0.5*faa*taa*taa;
- f2 = f0 + 0.5*faa*taa*taa + faa*taa*tua;
- f3 = 0.5*fra*Ta*Ta + C;
- D = f3 - 0.5*far*(Ta+Tu)*(Ta+Tu);
- f4 = -far*0.5*(Ta+Tu+tar)*(Ta+Tu+tar) + far*(Ta+Tu)*(Ta+Tu+tar) + D;
- E = f4 + far*tar*(Ta+Tu+tar);
- f5 = -far*tar*(Ta+Tu+Tr-trr) + E;
- F = f5 + frr*(Ta+Tu+Tr)*(Ta+Tu+Tr-trr) - 0.5*frr*(Ta+Tu+Tr-trr)*(Ta+Tu+Tr-trr);
- if((t>=0) && (t<=Ta+Tu+Tr))
- {
- if((t>=0) && (t<=taa))
- {
- *freq = 0.5*faa*t*t + A;
- *acc = faa*t;
- }
- else if((t>=taa) && (t<=taa+tua))
- {
- *freq = faa*taa*t + B;
- *acc = faa*taa;
- }
- else if((t>=taa+tua) && (t<=taa+tua+tra))
-
- …………限于本文篇幅 余下代碼請從51黑下載附件…………
資料下載：
s型加減速.rar
(1.97 MB, 下載次數(shù): 859)
2017-4-11 15:48 上傳
點擊文件名下載附件
| 
[復(fù)制鏈接]
