有不少網(wǎng)友感嘆高鐵技術(shù)之穩(wěn)，一杯水放在窗戶上面都不會(huì)晃動(dòng).要達(dá)到這個(gè)‘穩(wěn)’，就要在電機(jī)啟動(dòng)停止時(shí)，有一個(gè)加減速.電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，速度需要逐漸提高，停止時(shí)，速度逐漸減小，這就是步進(jìn)電機(jī)的加減速過程。單片機(jī)給步進(jìn)驅(qū)動(dòng)一個(gè)脈沖,電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步距角，單片機(jī)給脈沖越快,步進(jìn)電機(jī)單位時(shí)間內(nèi)，轉(zhuǎn)動(dòng)的角度也就越大.即脈沖頻率正比于電機(jī)轉(zhuǎn)速.另一方面，速度的變化對(duì)應(yīng)的物理量是加速度，高中物理可以知道，一個(gè)加速過程一般涉及:初始速度,加速度，加速時(shí)間這三個(gè)量.對(duì)應(yīng)到電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng):起始轉(zhuǎn)速(rpm),最大速度(rpm)，加速時(shí)間（min），轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)單片機(jī)定時(shí)器的頻率 pulse/ms(單片機(jī)定時(shí)器1毫秒中斷次數(shù)).

工控行業(yè)電機(jī)加減速一般有T型加速，S型加速.負(fù)載慣量比較輕的情況就可以使用T型曲線,負(fù)載慣量比較重的情況一般使用S型曲線，S型曲線光滑，速度不突變.

單片機(jī)速度控制原理

單片機(jī)通過調(diào)節(jié)頻率控制電機(jī)速度，頻率是單片機(jī)定時(shí)器的定時(shí)間隔決定的，只需要在定時(shí)器中斷處理程序里邊翻轉(zhuǎn)脈沖輸出端口即可.單片機(jī)的RAM和CPU不是很快，定時(shí)器的間隔使用查表的方法來獲取，效率比較高.

控制流程

T型曲線

T型曲線的加速減階段是線性加減速的,整個(gè)運(yùn)動(dòng)[加速，勻速，減速]速度變化看起來像一個(gè)等腰梯形.

加速階段就是一個(gè)一次線性函數(shù)，斜率不變[加速度不變]，公式如下:

單片機(jī)生成加速數(shù)組代碼:

//生成T形加速數(shù)組
//Vmin:起始速度（pulse/s）
//Vmax:最大速度，即勻速速度(pulse/s)
//AccTime:加速時(shí)間(ms)
//pBuffer:數(shù)組緩存區(qū)
//返回值:數(shù)組長(zhǎng)度
int GenTTable(uint Vmin,uint Vmax,int AccTime,uint* pBuffer)
{
  //計(jì)算加速度
  uint a = (Vmax-Vmin)/AccTime;
  uint v = Vmin;
  uint t = 0;
  int index = 0;
  while(v<=Vmax)
  {
    v = a*t+Vmin;
    pBuffer[index] = f/v;  //f為定時(shí)器的工作頻率
    t += 1000000/v;  //v的速度為pulse/s,一個(gè)脈沖的時(shí)間為:1/v s=1000000/v us
    index++;
  }
  
  return index;
}

S形加減速

從T形加速曲線的圖形，可以看出加速階段轉(zhuǎn)向勻速階段時(shí)加速度是突然變?yōu)榱愕模@對(duì)大慣量的設(shè)備晃動(dòng)比較大,要想設(shè)備晃動(dòng)比較小,就需要加速過渡到勻速階段是漸進(jìn)光滑的，加速度不突變,進(jìn)入到勻速階段時(shí)加速度剛好為0.數(shù)學(xué)模型的S形曲線就是光滑，加速度不突變的。數(shù)學(xué)方程可以參考**邏輯斯蒂**曲線,下圖是公式推導(dǎo):

單片機(jī)S形曲線加速數(shù)組生成:

上面的公式推導(dǎo)有一個(gè)結(jié)論:

程序代碼就是根據(jù)這個(gè)公式來生成數(shù)組數(shù)據(jù)

//生成S形加速數(shù)組
//Vmin:起始速度（pulse/s）
//Vmax:最大速度，即勻速速度(pulse/s)
//AccTime:加速時(shí)間(s)
//pBuffer:數(shù)組緩存區(qū)
//返回值:數(shù)組長(zhǎng)度
int GenSTable(uint Vmin,uint Vmax,int AccTime,uint* pBuffer)
{
    double tSum = 0;
    double T= AccTime*f;      //f為定時(shí)器工作頻率
    uint C0 = (uint)(f/Vmin);
    uint Cmax = (uint)(f/Vmax);
    uint index = 0;
    while (tSum < T)
    {
      pBuffer[index]= (uint)(Cmax+pow(C0-Cmax,(T-tSum)/T));
      tSum += pBuffer[index];
      index++;
    }
    return index;
}

上面生成的加速數(shù)據(jù)就是定時(shí)器的間隔，可以把這邊這份數(shù)據(jù)寫到Flash的扇區(qū)，這樣不用電機(jī)每次運(yùn)動(dòng)都來生成一次,減少單片機(jī)的運(yùn)算量.也可使用上位機(jī)改變電機(jī)的起始速度，勻速速度，加速時(shí)間來調(diào)節(jié)電機(jī)加速性能，不用重新編譯單片機(jī)代碼，使用起來很方便.