收稿日期

: 2009 - 10 - 08

作者简介

:

刘慧英

( 1956

—

) ,

女

,

山东日照人

,

教授

,

博士

,

主要

从事控制理论与应用研究

;

范宝山

( 1983

—

) ,

男

,

山东滨州人

,

在读硕士

,

主要研究方向为现代控制理论与应用 。

基于

STM32

的多步进电机控制系统研究

刘慧英

,

范宝山

(

西北工业大学 自动化学院

,

陕西 西安 　

710129)

摘要 :在很多应用场合中 ,要求多台步进电机在运行目标距离不同的情况下 ,能同时启动 、

加速 、

高速 、

减

速 、

制动停止 。首先搭建了系统的主要硬件模块 ,在分析 STM32产生 PWM 脉冲控制步进电机原理的前

提下 ,提出了一种通过程序按照设定要求不断自动改变 STM32中 TIM 预分频值的方法 ,实现多步进电
机同步协调工作 。然后对整个系统建立数学模型 ,通过理论分析和仿真验证 ,证明该系统能够满足所要
求的性能指标 。最后把该系统应用到实际环境中 ,通过对测量数据的分析 ,进一步验证了系统具有良好
的稳态性能和动态性能 。
关键词 :多步进电机 ; STM32;预分频值 ;同步协调 ;控制系统模型
中图分类号 : TP273; TM301. 2　　文献标识码 : A 　　文章编号 : 1000 - 8829 (2010) 06 - 0054 - 04

Study of Con trol System of M ultiple Step M otors Ba sed on STM 32

L IU Hui

2

ying, FAN B ao

2

shan

(School of Automation, Northwestern Polytechnical University, Xi

’

an 710129, China)

Abstra ct: In m any app lications, under the circum stances of differen t target distances, more than one step mo to r

are required to start, accelerate, high speed, decelerate, brake to stop sim ultaneou sly. Firstly, m ajo r hardware

modules of the system are built. Under the p rem ise of analyzing the theo ry of step mo tor control by PWM p ro

2

duced by STM32, a m ethod so lving the p roblem of m ultip le step moto rs operating synchronously and coordi

2

nately, that continually and autom atically changes the p rescaler value of STM32 TIM acco rding to the settings

by p rogram , is raised. Then, the who le system m athem atical model was established. The system can m eet the re

2

quired p roperty indicators by demonstration of theoretical analysis and sim ulation. Finally, the system was ap

2

p lied to physical environm ent. The steady

2state and dynam ic p roperties are further p roved to be good through a2

nalysis of the m easured data.

Key words: m ultip le step mo to rs; STM32; p rescaler value; synchronously and coordinately; model of contro l

system

　　步进电机是机电控制中一种常用的执行机构 ,区

别于其他控制电机的最大特点是 ,它是通过输入脉冲
信号来进行控制的 ,即电机的总转动角度由输入脉冲
数决定 ,而电机的转速由脉冲信号频率决定 。它具有
高精度的定位 、

位置及速度控制 、

定位保持力 、

开回路

控制不必依赖传感器定位等特点 ,因而被广泛地应
用

[ 1, 2 ]

。

很多情况下 ,需要两台或多台步进电机工作于同

一个系统中 ,实现不同的目标位置移动 ,即步进电机的

传动距离不同 ,并且传动距离具有不确定性 。这种情
况下可以采用每台电机单独运行 ,顺序控制的方法 ,但
该方法实时性差 ,效率低 。本文在分析 PWM 脉冲信
号控制步进电机原理的基础上 ,提出了一种控制方法 ,
可以实现多台步进电机同时启动 、

加速 、

高速 、

减速及

到达不同目标位置后同时制动 。启动加速过程防止了
步进电机突然高速运行时失步现象的发生 ,减速过程
能保证电机的定位精度 。同时 ,为了达到更高精度的
目标位置定位控制 ,引入了位置反馈环节

[ 3 ]

。

1

　系统硬件设计

控制系统主控芯片采用基于 ARM Cortex

2M3内核

的 STM32系列 32 位闪存微控制器 ,该芯片非常适合
在控制领域应用 。 STM32 具有自己独特的优点 : 在

・

4

5

・

《测控技术 》2010年第 29卷第 6期