STM32步進電機S加減速程序源碼與詳細分析

基于STM32步進電機s型加減速控制


一個物體從起點運動到終點,要經歷加速,勻速,減速的過程,把整個過程中速度隨時間變化關系畫出來,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一個英文字母'S'型.
S型加減速相對于梯形加減速更加平穩,對電機和傳動系統的沖擊更小.
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型加減速的優點就是啟動和停止都很平滑,不會有很大的沖擊,但缺點就是啟動和停止的時間比較長.
具體的加減速的速度曲線看背景圖….

右圖就是S型加速曲線和對應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于時間的斜率為正的直線,減
加速則是加速度關于時間的斜率為負的直線.
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
所用的時間是一樣.這兩段曲線是關于加速度最大值的對應的速度中心對稱的.





單片機源程序如下:

1. #include "Speed.h"
   
2. //函數名稱： CalculateSpeedTab
   
3. //函數功能：計算加減速表
   
4. //參數參數：Speed 速度結構體
   
5. //             V0;                //初速度，單位：step/s
   
6. //             Vt;                //末速度，單位：step/s
   
7. //             S;                 //路程，單位：step
   
8. //             t;                 //加速時間，單位：s
   
9. //             time;              //加速次數    單位：次
   
10. //             *SpeedTab;         //加速速度表，速度單位：step/s
    
11. //             SecSpeedPoint;     //減速點 單位：step
    
12. //返回輸出：速度結構體
    
13. static Speed_t CalculateSpeedTab(Speed_t Speed)
    
14. {
    
15.     int i;                        
    
16.     double aa;                    //加加速
    
17.     int DeltaV;                   //速度變化量
    
18.     int tempVt;
    
19.     //如果速度記錄表的指針為空，說明沒有分配內存
    
20.     RT_ASSERT(Speed->SpeedTab != RT_NULL);
    
21.     //各參數是否超范圍
    
22.     RT_ASSERT(IS_SPEED(Speed->V0, Speed->Vt));
    
23.     RT_ASSERT(IS_SPACE(Speed->S));
    
24.     RT_ASSERT(IS_ADDTIMING(Speed->t));
    
25.     RT_ASSERT(IS_ADDTIME(Speed->time));
    
26.     //根據加速法則計算末速度
    
27.     tempVt = LASTVELOCITY(Speed->S / SPEEDPRINCIPLE, Speed->V0, Speed->t);
    
28.     Speed->Vt = (tempVt > Speed->Vt) ? Speed->Vt : tempVt;                                                   
    
29.     Speed->SecSpeedPoint = ACCELERATESPACE(Speed->V0, Speed->Vt, Speed->t);        //計算減速點位置，剩余路程為該值時開始減速
    
30.     aa = (double)((Speed->Vt - Speed->V0) / 2)      //加速度變化拐點時的速度值                           a|   /|\            
    
31.         * 2                                         //知道直角三角形面積，逆推三角型高度時將面積*2        |  / | \面積為DeltaV
    
32.         / (Speed->time / 2)                         //除以底邊                                            | /  |  \            
    
33.         / (Speed->time / 2);                        //再除以底邊，得到斜率，即加加速                      |/___|___\__time   
    
34.     //開始速度計算
    
35.     for(i = 0; i < ((Speed->time / 2) + 1); i++)
    
36.     {
    
37.         DeltaV = (aa * i * i) / 2;                                     //V = V0 + a * t / 2;  a = aa * t;
    
38.         *(Speed->SpeedTab + i) = Speed->V0 + DeltaV;                   //當前點的速度
    
39.         *(Speed->SpeedTab + Speed->time - i) = Speed->Vt - DeltaV;     //對稱點的速度
    
40.     }
    
41.     return Speed;
    
42. }
    
43. //函數名稱：TestSpeed
    
44. //函數功能：測試速度表計算函數
    
45. //函數參數：V0      初速度，單位：轉/min
    
46. //          Vt      末速度，單位：轉/min
    
47. //          S       路程，單位：mm
    
48. //          time    加速次數
    
49. //函數返回：無
    
50. void TestSpeed(int V0, int Vt, int S, int time)
    
51. {
    
52.     int i;
    
53.     Speed_t Speed = (Speed_t)rt_malloc(sizeof(struct SPEED));
    
54.     Speed->V0 = STEPSPEED(V0);    //起速
    
55.     Speed->Vt = STEPSPEED(Vt);    //末速
    
56.     Speed->S = TOTALSTEP(S);      //路程
    
57.     Speed->t = 0.2;               //加速時間設為0.2秒
    
58.     Speed->time = time;           //加速次數
    
59.     Speed->SpeedTab = (int *)rt_malloc(sizeof(int) * (Speed->time + 1)); //根據加速次數申請表格內存，加1，以防用的時候超界
    
60.     CalculateSpeedTab(Speed);       //開始計算
    
61.     for(i = 0; i < Speed->time; i++)
    
62.     {
    
63.         rt_kprintf("SpeedTab[%d] = %d, Acceleration = %d\n"
    
64.                   , i
    
65.                   , *(Speed->SpeedTab + i)
    
66.                   , *(Speed->SpeedTab + i + 1) - *(Speed->SpeedTab + i));
    
67.     }
    
68.     rt_kprintf("SpeedTab[%d] = %d\n", i, *(Speed->SpeedTab + i));
    
69.     rt_free(Speed->SpeedTab);              
    
70.     rt_free(Speed);                    
    
71. }
    
72. 
    
73. FINSH_FUNCTION_EXPORT(TestSpeed, Test Speed table calculate);
    
74. 
    

復制代碼

頭文件：

1. #ifndef __SPEED_H__
   
2. #define __SPEED_H__
   
3. #include "rtthread.h"
   
4. #include "finsh.h"
   
5. /*  三分之一加減速法則：
   
6. 加速路程不超過三分之一總路程，
   
7. 這樣做的目的是給減速留有足夠的時間去檢測減速點，
   
8. 進而實現平穩的將速度減到初速度，
   
9. 如果在處理速度夠快的情況下，
   
10. 可以選擇二分之一加減速
    
11. */
    
12. //加減速法則，2分之一法則或3分之一法則
    
13. #define SPEEDPRINCIPLE              3
    
14. //電機最大轉速，單位轉/min
    
15. #define MOTOMAXSPEED                1500   
    
16. //電機每轉對應的傳動距離,單位：mm
    
17. #define MOTOROUNDLENGTH             36
    
18. //電機最大初速度，初速度超過該值會對電機造成傷害，單位轉/min
    
19. #define MOTOMAXSTART                200
    
20. //驅動器細分數
    
21. #define DRIVERSFRACTION             1
    
22. //電機細分數
    
23. #define MOTOFRACTION                200
    
24. //根據初速度，末速度，以及時間，計算加速路程
    
25. #define ACCELERATESPACE(V0,Vt,t)    (((V0) + (Vt)) * (t) / 2)
    
26. //根據加速路程，初速度，以及時間，計算末速度
    
27. #define LASTVELOCITY(S,V0,t)        (2 * (S) / (t) - (V0))
    
28. //根據電機轉速（轉/min），計算電機步速度（step/s）
    
29. #define STEPSPEED(RV)               ((RV) * MOTOFRACTION * DRIVERSFRACTION / 60)
    
30. //根據長度計算電機所需走的步數，S的單位為mm
    
31. #define TOTALSTEP(S)                S * MOTOFRACTION * DRIVERSFRACTION / MOTOROUNDLENGTH
    
32. struct SPEED
    
33. {
    
34.     int         V0;                 //初速度，單位：step/s
    
35.     int         Vt;                 //末速度，單位：step/s
    
36.     long long   S;                  //路程，單位：step
    
37.     double      t;                  //加速時間，單位：s
    
38.     int         time;               //加速次數    單位：次
    
39.     int         *SpeedTab;          //加速速度表，速度單位：step/s
    
40.     int         SecSpeedPoint;      //減速點 單位：step(在電機運動過程中，如果剩余路程小于等于該值，那么電機開始減速)
    
41. };
    
42. typedef struct SPEED * Speed_t;
    
43. 
    
44. 
    
45. //各參數范圍值，可以在此設置參數范圍
    
46. //初速度大于0小于電機最高起速，末速度大于初速度，小于電機最高轉速
    
47. #define IS_SPEED(V0,Vt)     (((V0) >= 0) && ((V0) <= STEPSPEED(MOTOMAXSTART))  \
    
48.                             && ((Vt) >= (V0)) && ((Vt) <= STEPSPEED(MOTOMAXSPEED)))                           
    
49. #define IS_SPACE(S)         ((S) > 0)
    
50. #define IS_ADDTIMING(t)     ((t) > 0)            
    
51. #define IS_ADDTIME(time)     ((time) >= 32)        //讓加速次數必須大于等于32，否則計算表格就沒什么意義
    
52. 
    
53. #endif
    

復制代碼

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2018-8-14 02:50 上傳

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