关于步进电机控制程序问题

只看该作者 · 2011-5-12 18:36

首先说明：是用于舞台灯光控制马达。2相4线电机，1.8度。最高速必须能达到3.5~4圈每秒。慢速也要极慢，不能丢步。而且因为驱动电流很大（很大力，惯性很大），必须用加减速。用AVRmega168,12M晶体。

我有这样的分析，假如速度要4圈每秒，最大角度12圈，就是12*200=2400步。为了平滑，采用64细分，就是2400*64=153600细分步。
速度方面，4圈每秒，每细分步时间是1/4/200/64=19.5微妙，当他20微妙每步。

问题就在这里，CPU同时处理2个马达，无法完全用细分步来跑（已经用此芯片的快速pwm功能，查表修改定时值）。为了能让他从任意速度变化成任意速度和角度又不丢步，必须有很好的加减速控制。

我曾经试过几个方法都不成功。第一是永远用8细分来跑，结果是勉强合格，但是跑的慢会很卡，不行。第二是永远用64细分控制，速度不够快。
然后是把细分步数，执行次数，定时器时间等分成很多个级别，分级跑，结果是目标位置和速度配合不起来。

在这里想请教高手有什么高见？如何控制加减速，而且步数不能错。

只看该作者 · 2011-5-12 18:42

顺便贴一下目前代码。修改了很多次，现时还不行
      //=====================================
      //以下为X马达控制转动
   //=====================================
      //控制跳微步和转区
      if(nowstep_X!=jmubiao_X) //要转
      {
        if(mm_X) //不过界模式
         { if(jmubiao_X>nowstep_X) //目标大
            {
                  if(mad_X) //加减速处理
                  {
                    if(mspeedp_X==0) //0正向加速
{

                        ++mstp2_X; //次数
                        if(mstp2_X>=speedm[mstp_X][0]) //次数超，换行
                        { ++mstp_X;
                        mstp2_X=0;
                        }
                        mspeedp_X+=speedm[mstp_X][1]; //速度等级
        forword_X();
        }
        else if(mspeedp_X>0) //速度为+
        { if(jmubiao_X-nowstep_X>mspeedp_X) //距离远
        { if(mspeedp_X<MSPEED_MAX) //正向加速，限速
                        {
                                ++mstp2_X;
                        if(mstp2_X>=speedm[mstp_X][0])
                        { ++mstp_X;
                        mstp2_X=0;
                        }
                                 mspeedp_X+=speedm[mstp_X][1];
                              }
        }
            else //距离近，正向减速
            { mspeedp_X-=speedm[mstp_X][1];
                        if(mstp2_X>0)
                        --mstp2_X;
                              else
                              { if(mstp_X>0)
                                --mstp_X;
                                mstp2_X=speedm[mstp_X][0]-1;
                              }

                    }
            forword_X();
}
        else //速度为-
        { mspeedp_X+=speedm[mstp_X][1]; //反向减速
                        if(mstp2_X>0)
                        --mstp2_X;
                        else
                        { if(mstp_X>0)
                                --mstp_X;
                              mstp2_X=speedm[mstp_X][0]-1;
                        }

        backword_X();
        }
                  }
                  else
                    forword_X(); //不加减速直接转
            }
            else //目标小
            {
                  if(mad_X) //加减速处理
                  {

                    if(mspeedp_X==0 )//反向加速
{
                        ++mstp2_X;
                        if(mstp2_X>=speedm[mstp_X][0])
                        { ++mstp_X;
                        mstp2_X=0;
                        }
                        mspeedp_X-=speedm[mstp_X][1];
        backword_X();
        }
        else if(mspeedp_X>0) //正向减速
        { mspeedp_X-=speedm[mstp_X][1];
                        if(mstp2_X>0)
                        --mstp2_X;
                        else
                        { if(mstp_X>0)
                                --mstp_X;
                              mstp2_X=speedm[mstp_X][0]-1;
                        }

        forword_X();
        }
        else//速度负
        { if(jmubiao_X-nowstep_X>=mspeedp_X)//距离近，反向减速
        { mspeedp_X+=speedm[mstp_X][1];
                        if(mstp2_X>0)
                        --mstp2_X;
                        else
                        { if(mstp_X>0)
                                --mstp_X;
                                mstp2_X=speedm[mstp_X][0]-1;
                        }

                    }
            else
            { if(mspeedp_X>-MSPEED_MAX) //反向加速，加限速
                        {
                                ++mstp2_X;
                        if(mstp2_X>=speedm[mstp_X][0])
                        { ++mstp_X;
                        mstp2_X=0;
                        }
                                 mspeedp_X-=speedm[mstp_X][1];
                              }
            }
            backword_X();
        }
                  }
                  else
                    backword_X();
            }
         }
         /*else //过界模式(这里不处理加减速，不能用在XY马达)
         { if(jmubiao_X>nowstep_X)
            { if((jmubiao_X-nowstep_X)<(MX_MSTEP/2)) //正转
            { forword_X();
                  }
                  else //反转
                  { backword_X();
                  }
            }
            else
            { if((nowstep_X-jmubiao_X)<(MX_MSTEP/2)) //反转
            { backword_X();
                  }
                  else //正转
                  { forword_X();
                  }
            }//以上为正反转控制
         }//以上不过界模式
*/
      }//以上是要转，计算步
      else //在加减速模式这里还有步控制
      { if(mm_X) //不过界模式
        { if(mad_X) //加减速处理
            {
                  if(mspeedp_X>1) //速度正向减速
        { mspeedp_X-=speedm[mstp_X][1];
                     if(mstp2_X>0)
                        --mstp2_X;
                     else
                     { if(mstp_X>0)
                              --mstp_X;
                        mstp2_X=speedm[mstp_X][0]-1;
                     }

        forword_X();
        }
        else if(mspeedp_X<-1) //反向减速
        { mspeedp_X+=speedm[mstp_X][1];
                     if(mstp2_X>0)
                        --mstp2_X;
                     else
                     { if(mstp_X>0)
                        --mstp_X;
                        mstp2_X=speedm[mstp_X][0]-1;
                     }

        backword_X();
        }
        else
        { mspeedp_X=0;
                    mstp2_X=0;
            mstp2_X=0;
            }
            }
         }

      }

1万 · 2011-5-12 19:17

他们说最好的是5次曲线加加速啥的，我一般都用梯形加减速

只看该作者 · 2011-5-12 19:24

不要说什么曲线。按实际情况，不同速度和目标，这条曲线都不同，（不过公式可能相同），但是这样的单片机不可能给你计算复杂的公式。只能查表解决，或者用简单的一次线性方程。

1万 · 2011-5-12 19:28

那你就用查表发来做个梯形加减速好了，最方便和简单，多做几个表，根据不同负载决定选哪一条曲线。刚搜了，那个它们叫S曲线，什么5阶多项式，我的数学不大好

只看该作者 · 2011-5-12 21:20

好难呀看来还得努力学习

只看该作者 · 2011-5-13 10:14

本帖最后由 mugenwon 于 2011-5-13 10:34 编辑

貌似今天早上被我解决掉了。:lol在这里也谢谢楼上所有人。也写写总结可能对有需要的人有些帮助。
1，因为cpu是硬件有pwm方式的输出，所以用这个功能，能减轻cpu负担。（刚开始我是用定时器产生pwm波形，cpu速度跟不上，马达力度不够，噪音也大）
2，按道理，应该控制马达的力，例如跑动中力可以小点，加减速力可以加大。但这样做就必须控制pwm波形。这样对程序和cpu要求会太高了。所以用控制速度的办法变相控制力。
3，因为马达当前速度，，当前位置，和目标位置都是随机的，所以加减速曲线是没有统一的线（不过有统一规律，就是公式，但很复杂没想出来）。
4，控制马达速度，就是通过控制每一步的执行时间来定。一步执行时间越长，马达越慢。马达起动和停止就让时间加长，跑动中就减少每步时间。
5，因为舞台灯是一个转动很灵活很顺滑的设备，灯头很笨重，马达速度要够快，又要够稳，这对马达控制提出非常高的要求（曾经做过一台类似打点机的设备控制，根本不需要加减速，直接转动没事，因为负载轻）
6，程序控制马达每步时间，可以通过查表方法。不同速度，对应不同的每步时间。调试时根据实际情况调整表格即可。表格数据越多，马达越顺滑。
7，程序必须能知道当前的位置，目标位置，还有当前速度（速度有正负之分）。在不同时机改变加速度方向。这个逻辑有点复杂
8，必须用细分来驱动否则无比卡。理论上越细分马达越顺滑。但是细分太夸张要保持高速度cpu会不堪重负。所以加减速要用很小的细分，跑动后可以细分粗一点甚至不用细分。这样的处理如果用公式也比较麻烦，所以可以把细分步数合成到表格中查表解决。
9，表格中的数据学问非常大。因为表格是死的，他只能代表一条曲线。之前说过，曲线没有统一的。所以这个表格曲线斜率（时间变化快慢）必须很小才能保证任何时候都不丢不不卡。而且时间必须修改定时器时间，不能用一个定死的定时器时间再累加的方法（这个我试过，不行）。比如说每步增减1%，定时时间太短的话，这1%增减量无法用累加的办法（累加一次就增减50%），所以必须修改定时器时间。
最后程序因为太复杂又长，所以就不贴了;P
另外我觉得查表还不是一个很好的办法，我觉得应该结合物理公式建立一条很简单的公式来处理才是无敌的！搞完这个我再研究看看用什么公式，到时候继续贴上结论。