為了在開環狀態下使步進電機抵達更高的操控精度，這篇文章引進離散化指數函數曲線操控步進電機的發動和中止進程。經過對初始頻率數組進行優化運算，得到最高運轉速度可變的加快曲線，并運用單片機電路完結步進電機的操控體系。試驗結果標明，該體系具有較高的操控精度，并降低了規劃本錢。

步進電機是一種將數字脈沖量轉換為運轉間隔或許旋轉視點的電氣器件。

在電機可接受的負載范圍內，電機旋轉的視點只收到脈沖個數的操控，電機運轉速度只收到脈沖頻率的操控。因為電機的運轉的進程中，運轉間隔和運轉速度與負載的改動量無關（在規定的負載范圍內），在一些操控簡略或需求低本錢的運動操控體系中，常會用步進電機。運用步進電機最大的優勢是：以開環的方式來操控方位和速度，大大降低了本錢。但因為負載方位對操控電路沒有反應，步進電機對就每個脈沖都有必要正確呼應。假如脈沖頻率挑選不妥，步進電機就不能移動到新的方位。負載實踐方位相對于操控器所等待的方位呈現持久差錯，即發生失步表象或過沖表象。失步和過沖表象別離呈如今步進電機發動和中止期間。失步是指對某些脈沖沒有呼應而沒有運動到指定的方位。過沖和失步相反，運轉間隔超越了指定間隔。因此，在步進電機開環操控體系中，有必要避免失步和過沖，步進電機才干依照操控進行精準的走位。

通常步進電機的發動頻率比較低，而體系的運轉速度則需求越高越好。假如步進電機運轉速度直接起轉，則會因為超出發動速度而發生堵轉，電機不能發動。體系抵達終點時當即中止發送脈沖，令步進電機當即中止，因為慣性的效果，步進電機中止方位則會超出體系預期方位。

為了使步進電機在運轉進程中不會呈現失步和過沖表象，在電機的發動和中止期間，應該參加合適的加減速操控。

1. 加減速曲線的挑選

步進電機的加減速曲線通常有三種，別離為階梯型、直線型、指數型。

指數型加快曲線在發動時，加快度最大，隨著速度的添加，加快度逐步減小，當速度抵達運轉速度時，加快度降至最低。指數加減速曲線最契合負載轉矩的改動狀況，合適各種狀況下的步進電機運用。

其中vm為步進電機運轉的發動速度，v0為步進電機的運轉的最高速度，τ為時刻常數，依據試驗來斷定其值的巨細。

2. 操控器的硬件電路

按鍵電路負責現場操控電機的方位；而紅外接納電路經過接納紅外線發射器的操控信號，長途遙控電機的方位；顯現電路為了顯現當時電機所在的方位，便于丈量操控精度；限位開關為磁性觸摸開關構成，為了避免電機運轉超越約束方位；串行通訊接口為了給單片機發送電機的最高運轉速度。

單片機選用德州儀器公司的MSP430F5438，該單片機的最大特點是運轉速度快，功耗低，具有256K+512B的flash 存儲器，能夠用來存儲加快曲線數據。

3. 操控器的軟件算法

步進電機的運轉速度是經過接納脈沖的頻率來操控的。單片機經過計時器的中止發生走步脈沖，所以能夠經過改動單片機計數器的初始值來改動脈沖頻率。

將指數型曲線離散化后，改動脈沖頻率，就能夠使步進電機依照指數加減速曲線運轉。經過大量的試驗數據，當τ=1.435時，加快進程較為滑潤。將加快進程離散為200段，每段的時刻大概在25ms擺布。將此段電機運轉的速度轉化為計數器初始值，并依據此段脈沖頻率計算出此段的脈沖個數。將每段的計數器初始值和脈沖個數固化為數據數組，在每個計時器中止中判斷是否完結該段進程，即可完結加快曲線。

為了使電機的最高運轉速度能夠依據外部設定而改動，如今只將初始加快曲線貯存在數組中，初始頻率值為：

依照該初始加快曲線，電機呼應的最高頻率是1Hz。將期望電機運轉的最高頻率fm經過串口輸入單片機，之后經過計算出每段的運轉頻率和脈沖個數。經過以上規劃，就能夠使步進電機依照指數型加減速曲線以最高頻率fm運轉，fm值能夠經過外部設定而改動。

4. 操控精度測驗

操控電機每次走5mm，運用50分度的游標卡尺丈量每次走步電機運轉的間隔。依據5次走步的間隔數據，計算出走步精度。

經過數據，能夠得出，電機運轉間隔的相對差錯盡在0.04%，操控精度適當高。

試驗標明，經過參加指數型加減速曲線，使步進電機在開環的狀況下抵達了很高的運轉精度，大大降低了操控本錢。

5. 結束語

這篇文章經過單片機及簡略的外部電路，完結了最高運轉速度可變的步進電機操控器。盡管該操控器運轉在開環狀態下，可是因為引進了指數型加減速曲線，使得步進電機的走步精度抵達了較高的水平，降低了設備本錢。

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