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一…

机常用的升降频控制方法有三种：

２．１

Ｓ型升速曲线

ｓ曲线加减速采用降速与升速对称的曲线来实

现升降速控制。如图１所示，在步进电机加减速的

过程中，使步进电机在每次加频率时均运行相同

的步数ｚ（ｎ），即可得到ｓ型升降速曲线。具体来

说，可以根据系统要求，计算出加减速的允许时

间，并进一步计算出每个加速频率的允许时间缸，

继而得到各频率对应的步数。

，（＾，＋６）

Ｆ（Ｎ＋５）

Ｆ（Ｎ＋４）

，（Ⅳ＋３）

Ｆ（Ｎ＋２）

，（Ⅳ＋１）

Ｆ（加

图１

Ｓ型升速曲线

这种升速方法的优点是升降极快，编程简单，

且加速是连续变化的，从而避免了柔性冲击。由于

频率不断升高，每个加速频率的运行时间缸是不断

减小的，加速度是不断增大的。因此其缺点是负载

力矩较小，在加速过程中容易产生失步现象。所以

此方式在高速、低载荷的情况下应用较广。

２．２直线型升速曲线

如果在步进电机加减速的过程中，加速度是

恒定不变的，则得到直线型升降速曲线。如图２所

示，在直线型升降速曲线中，电机的运行频率每

跃升一个台阶，在该频率下的运行时间缸都是相

同的。而根据系统允许的加减速时间，很容易得

到缸，进而得到每个频率下的步数Ｚ（ｎ）。

这种升速方法的优点是编程极简单，占用机

时少，负载力矩较大。但是其加速时间较长，且

速度过度不够平滑，运动精度较差。多用于低速

或加速过程要求不高的场。

图２直线型升速曲线

２．３指数型升速曲线

指数升降速曲线如图３所示。通过程序编制实

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现真正意义的指数升降速曲线是相当困难的。为

了简化，我们用加速频率ｆ（ｎ）与一个常数Ｃ的乘

积来模拟。例如，如图３，步进电机工作于升速频

率以／１，＋２）时，在此频率下走过的时间为：

Ａｔ＝八厅＋２）×Ｃ

（３）

进而容易得到该频率下的步数。

图３指数升降速曲线

指数升降速方式平滑性好，精度高，负载转

矩大，但是编程复杂，占用机时长。

由于步进电机高速运行时，两个步进脉冲的

时间问隔极小，无法完成频率、步数计算，因此

编程时把各升速频率对应的定时器初值及步数计

算好并固化到ＲＯＭ中，系统运行时用查表法查出

各自对应值，可以减少ＣＰＵ计算时间，提高系统

响应速度。

３定时误差对精度的影响及对策

笔者在实验调试过程中发现步进电机的转速

一直达不到目标转速。经过验证与推导，最后认

为这是５ｌ系列单片机的定时误差引起的。

我们知道，步进电机的脉冲是由单片机定时

中断产生的。以笔者试验中采用的定时器方式１为

例，定时脉冲值从Ｔｋ低位输入，计数每溢出一

次，ＴＨｘ计数器加ｌ。当１６位由全“ｌ”变成全“０”

时，最高位产生溢出，置ＴＦｘ为ｌ，向主机请求中

断。而在步进电机的升降速过程中，每次溢出后

必须通过软件给ｍ和ＴＨｘ赋初值，让机器进行

下一轮定时。这就存在一个问题，从溢出到响应

中断，再到给ＴＬｘ、ＴＨｘ重新赋值，需要一定时

间，定时器的定时误差由此产生，如果定时需多

次运行，那么加起来就会产生积累误差。

误差值和中断处理函数的编程方式、单片机

晶振频率有关。在步进电机升降控制中，定时器

溢出中断时，ＣＰＵ由执行的某指令到响应中断的

延迟时间取决于ＣＰＵ正在执行的是什么指令：而

在Ｔｋ、ＴＨｘ重新赋值之前，需要判断步进电机的

运行情况，然后再对ｍ、ＴＨｘ赋值，但是此过程

所需时间往往是不确定的。而此误差值在步进电

机短时间内的精确定位及转速精度要求高的场合

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Ⅳ－亡Ⅳ～Ｌ亡Ⅳ，

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万方数据