一些控制簡(jiǎn)單或要求低成本的運(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****的優(yōu)勢(shì)是：可以開環(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)****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)開環(huán)控制系統(tǒng)中，如何防止失步和過(guò)沖是開環(huán)控制系統(tǒng)能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵。
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，電機(jī)轉(zhuǎn)子會(huì)轉(zhuǎn)過(guò)平衡位置，如果負(fù)載的慣性很大，會(huì)使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到接近終點(diǎn)平衡位置的下一個(gè)平衡位置，并在該位置停下。
為了克服失步和過(guò)沖現(xiàn)象，應(yīng)在步進(jìn)電機(jī)啟停時(shí)進(jìn)行如圖1所示的升降速控制。
從圖1可以看出，L2段為恒速運(yùn)行，L1段為升頻，L3段為降頻，按照“失步”的定義，如果在L1及L3段上升及下降的控制頻率變化大于步進(jìn)電機(jī)的響應(yīng)頻率變化，步進(jìn)電機(jī)就會(huì)失步，失步會(huì)導(dǎo)致步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)，經(jīng)常會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作，因此，在步進(jìn)電機(jī)變速運(yùn)行中，必須進(jìn)行正確的升降速控制。
用單片機(jī)做上位控制單元采用微機(jī)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)使脈沖串逐漸加密，減速時(shí)使脈沖串逐漸稀疏。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。
單片機(jī)在控制電機(jī)加減速的過(guò)程中，一般用離散方法逼近理想的升降速曲線。加減速的斜率在直線加速過(guò)程中，速度不是連續(xù)變化，而是按分檔階段變化，為與要求的升速斜率相逼近，必須確定每個(gè)臺(tái)階上的運(yùn)行時(shí)間，見圖3。
時(shí)間Δt越小，升速越快，反之越慢。Δt的大小可由理論或?qū)嶒?yàn)確定，以升速最快而又不失步為原則。每個(gè)臺(tái)階的運(yùn)行步數(shù)為為Ns=fsΔt=sΔN，反映了每個(gè)速度臺(tái)階運(yùn)行步數(shù)與當(dāng)前速度s之間的關(guān)系，程序執(zhí)行過(guò)程中，每次速度升一檔，都要計(jì)算這個(gè)臺(tái)階應(yīng)走的步數(shù)，然后以遞減方式檢查，當(dāng)減至零時(shí)，該檔速度運(yùn)行完畢，升入又一檔速度。
電機(jī)在升速過(guò)程中，對(duì)升速總步數(shù)進(jìn)行遞減操作，當(dāng)減至零時(shí)升速過(guò)程結(jié)束，轉(zhuǎn)入勻速運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程。減速過(guò)程的規(guī)律與升速過(guò)程相同，只是按相反的順序進(jìn)行。在步進(jìn)電機(jī)的啟停過(guò)程中，根據(jù)控制系統(tǒng)的具體特點(diǎn)，采用上述三種升降速控制方式之一，都可以避免電機(jī)失步或過(guò)沖，達(dá)到比較精確的控制。
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