[发明专利]一种步进电机梯形调速控制算法

说明书

本发明涉及一种步进电机梯形调速控制算法，包括：S1：根据梯形加减速控制算法构建步进电机的加减速模型，计算步进电机加速到最大速度所需步数X和步进电机加减速交线处加速阶段需要的步数Y；S2：根据参数X和参数Y的大小关系对步进电机的加减速模型包含的情况进行分析；S3：对步进电机各模型调速算法的不同阶段进行分析。本发明只需要比较参数X和参数Y的大小就可以选择不同的算法，控制简单，易于实现；其次其整个算法仅引入了步进电机各相关变量，优化了原来的五个参数控制算法，降低了控制算法误差，提高了控制算法的稳定性；并且整个控制算法的参数表达式只有加减乘除这些基本的运算，使控制系统计算效率高。

技术领域

本发明涉及电机控制领域，更具体地，涉及一种步进电机梯形调速控制算法。

背景技术

步进电机因为其独特的特性不需要反馈装置就可以对电机的位置和速度进行控制，所以在工业自动化设备中的应用非常广泛，然而在步进电机的运动控制中，其速度变化较大，并且加减速较为频繁，最重要的是控制系统工作的最高运行速度往往都要远高于步进电机的最高启动速度，如果步进电机以工作时的最高运行速度直接启动，因为该工作速度已超过极限启动频率而不能正常启动，轻则可能发生丢步，重则根本不能启动，产生堵转，系统运行起来以后，如果达到终点时立即停止发送脉冲串，令其立即停止，则由于系统惯性作用，电机转子会转过平衡位置，如果负载的惯性很大，步进电机容易发生过冲，产生运行误差。因此在速度变化较大的步进电机控制系统中，防止失步和过冲是开环控制系统能否正常运行的关键，故而大家研究出了各种各样的调速算法，大致可分为梯形算法和S型曲线算法，不论哪种算法其原理都是启停过程要有速度由慢变快，再由快变慢的变化过程。

S形曲线算法就是在梯形算法的基础上进行再算法，把直线加减速段分为若干小段，逐一进行读取控制，其具有较高的稳定，不易损坏电机等优点，但其算法非常复杂，计算困难，对于控制系统的处理数据能力有一定要求，一般难于实现。梯形算法是直线段加减速，有较好的平稳性，能满足速度变化较大的快速定位场合中。同时其算法易于实现，控制简单，计算效率高。因此步进电机控制系统大多选用梯形加减速控制算法对各步进电机进行运动控制。

在申请号为201811536519.6，名为《一种步进电机的直线段梯形加减速控制算法》的发明专利中，其利用Sa+Sd与S的大小关系判断梯型加减速控制算法中步进电机运行的状态：

当Sa+SdS时；梯型加减速控制算法中步进电机运行的状态变化是加速到最大速度，然后以最大速度匀速运行，最后从最大速度减速停止；其中Sa为步进电机加速段位移量；Sd：步进电机减速段位移量。

当Sa+Sd＝S时；梯型加减速控制算法中步进电机运行的状态变化是加速到最大速度，然后立即从最大速度减速至零，没有匀速过程。

当Sa+SdS时；梯型加减速控制算法中步进电机运行的状态变化是加速到一个小于最大速度的速度，然后从这个速度减速停止。

然后该发明通过比较L与的大小关系，判定步进电机运行的阶段：

当时；步进电机处于加速运行阶段；

当时，步进电机处于匀速运行阶段；

当时，步进电机处于减速运行阶段。

其中，L为步进电机当前位移量，v_max为步进电机运行时的最大速度；a为步进电机的加速度。

上述发明相比S形曲线算法确实比较精简，计算效率高，控制简单，易于实现，但是其也有两个缺陷，首先其只处理了Sa+SdS情况下的步进电机运行阶段判断，而在实际控制过程中，Sa+SdS的情况也很常见，其发明并没有对此种情况下，步进电机如何判断步进电机运行的阶段；其次在只讨论Sa+SdS一种情况下，其引入了Sa、Sd、L、五个变量，在控制算法中，引入的变量越少，产生误差的几率就越小，五个变量还是有改进的空间的。

发明内容