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STM32步进电机驱动算法

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S型曲线的的方程 ,在[-5,5]的图形如下图所示:

如要将此曲线应用在步进电机的加、减速过程中,需要将方程在XY坐标系进行平移,同时对曲线进行拉升变化:

其中的A分量在y方向进行平移,B分量在y方向进行拉伸,ax+b分量在x方向进行平移和拉伸。


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wangtaohui 2023-1-30 13:47 回复TA
———————————————— 版权声明:本文为CSDN博主「你熊哥」的原创文章,遵循CC 4.0 BY-SA版权协议,转载请附上原文出处链接及本声明。 原文链接:https://blog.csdn.net/weixin_40567368/article/details/81742938 
沙发
wangtaohui|  楼主 | 2023-1-30 13:22 | 只看该作者
项目中加速过程:从5600Hz加速到64000Hz,采用4细分。输出比较模块所用的定时器驱动频率为10M,采用1000个点进行加速处理。最终根据项目的需要,在加速过程中采用的曲线方程为:

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板凳
wangtaohui|  楼主 | 2023-1-30 13:23 | 只看该作者
其中的Fcurrent为length(1000)个点中的单个频率值。Fmin起始频率为5600; Fmax为最大频率64000;  -flexible*(i - num)/num是对S型曲线进行拉伸变化,其中flexible代表S曲线区间(越大代表压缩的最厉害,中间(x坐标0点周围)加速度越大;越小越接近匀加速。理想的S曲线的取值为4-6),i是在循环计算过程中的索引,从0开始,num为 length/2 大小(这样可以使得S曲线对称)。在项目中i的区间[0,1000), num=1000/2=500。、

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地板
wangtaohui|  楼主 | 2023-1-30 13:54 | 只看该作者
提供的计算接口如下。

对应的计算接口code:

/*  calculate the Period and Freq array value, fill the Period value into the Period register during the timer interrupt.

*calculate the acceleration procedure , a totally 1000 elements array.

* parameter    fre[]: point to the array that keeps the freq value.

*   period[]: point to the array that keeps the timer period value.

*   len: the procedure of acceleration length.it is best thing to set the float number, some compile software maybe transfer error if set it as a int

*   fre_max: maximum speed, frequency vale.

*   fre_min: start minimum speed, frequency vale.  mind : 10000000/65535 = 152, so fre_min can't less than 152.

*   flexible:  flexible value. adjust the S curves

*/

void CalculateSModelLine(float fre[],  unsigned short period[],   float  len,  float fre_max,  float fre_min, float flexible)
{
    int i=0;
    float deno ;
    float melo ;
    float delt = fre_max-fre_min;
    for(; i<len; i++)
    {
        melo = flexible * (i-len/2) / (len/2);
        deno = 1.0 / (1 + expf(-melo));   //expf is a library function of exponential(e)
        fre[i] = delt * deno + fre_min;
        period[i] = (unsigned short)(10000000.0 / fre[i]);    // 10000000 is the timer driver frequency
    }

  return ;
}

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wangtaohui|  楼主 | 2023-1-30 16:06 | 只看该作者
以上基本原理摘自CSDN一篇文章

在脉冲模式下,步进电机启动器的脉冲频率与速度成正比,函数void CalculateSModelLine(float fre[],  unsigned short period[],   float  len,  float fre_max,  float fre_min, float flexible)主要目的就是生成每一个细分步加速的速度。芯片用的是stm32f103c8t6,驱动器用的是2DM420,亲自测试效果还是很不错的。

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wangtaohui|  楼主 | 2023-1-30 16:10 | 只看该作者

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wangtaohui|  楼主 | 2023-1-30 16:11 | 只看该作者
程序流程

1.STM32硬件基本初始化,主要是针对定时器。

2.调用函数CalculateSModelLine()生 成每一个细分步定时器的自动重装载值(实际就是改变脉冲的周期)。

3.打开定时器。

4.更新中断发生,将数组中的数据赋值给定时器的自动重装载寄存器。

5.跳出中断后脉冲频频率就变化了。

6.下一次更新中断产生。

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wangtaohui|  楼主 | 2023-1-30 16:12 | 只看该作者
部分核心代码

#define ACCELERATED_SPEED_LENGTH  3000    //定义加速度的点数(其实也是3000个细分步的意思),调这个参数改变加速点
#define FRE_MIN 3000     //最低的运行频率,调这个参数调节最低运行速度
#define FRE_MAX 24000  //最高的运行频率,调这个参数调节匀速时的最高速度

int step_to_run;  //要运行的步数
float fre[ACCELERATED_SPEED_LENGTH];  //数组存储加速过程中每一步的频率
unsigned short period[ACCELERATED_SPEED_LENGTH]; //数组储存加速过程中每一步定时器的自动装载值

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9
wangtaohui|  楼主 | 2023-1-30 16:12 | 只看该作者
void CalculateSModelLine(float fre[],  unsigned short period[],   float  len,  float fre_max,  float fre_min, float flexible)
{
    int i=0;
    float deno ;
    float melo ;
    float delt = fre_max-fre_min;
    for(; i<len; i++)
    {
        melo = flexible * (i-len/2) / (len/2);
        deno = 1.0 / (1 + expf(-melo));   //expf is a library function of exponential(e)
        fre[i] = delt * deno + fre_min;
        period[i] = (unsigned short)(1000000.0 / fre[i]);    // 10000000 is the timer driver frequency
    }
   return ;
}

//主函数

int main(void)
{
   
    u8 t;
   
    delay_init();
    NVIC_Config();
    LED_Init();    //初始化IO口
      TIM1_Int_Init(10,72); //设置定时器的频率等
    //PB8 9 12 13
    //KEY_Init();
    //SMG_io_init();
    CalculateSModelLine(fre,period,ACCELERATED_SPEED_LENGTH,FRE_MAX,FRE_MIN,4);
    TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);
        
    while(1)
    {
            
        }
}

定时器初始化

void TIM1_Int_Init(u16 arr,u16 psc)  
{  
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;  
    TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;  
    TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;
   
    TIM_DeInit(TIM1);                                           /*¸´Î»TIM1¶¨Ê±Æ÷*/  
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE);        /*¿ªÊ±ÖÓ*/  
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr;                     /*ʱÖӵδðµÄ´ÎÊý£¬¹»ÊýÖжÏÕâÀïÊÇ1msÖжÏÒ»´Î*/      
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = psc;                /* ·ÖƵ720*/         
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;            
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; /*¼ÆÊý·½ÏòÏòÉϼÆÊý*/  
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
   
    TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure);  
   
       /* Channel 1, 2,3 and 4 Configuration in PWM mode */
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Disable; //²»Ê¹ÓÃNµÄÊä³ö£¬ËùÒÔÒª¹Øµô
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;   //µÚÒ»´ÎûÓÐÊä³öÂö³å
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCNPolarity_High;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Set;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;
   
    TIM_OC4Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);
    TIM_OC4PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable);        
    /* Clear TIM1 update pending flag  Çå³ýTIM1Òç³öÖжϱêÖ¾]  */  
    TIM_ClearFlag(TIM1, TIM_FLAG_Update);                 
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM1_UP_IRQn;          /*Òç³öÖжÏ*/  
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;  
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;   
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;  
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  
        
        /* TIM1 counter enable */
        TIM_Cmd(TIM1, DISABLE);
        /* TIM1 Main Output Enable */
        TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1, ENABLE);

        TIM_ClearFlag(TIM1, TIM_FLAG_Update);
        TIM_ITConfig(TIM1,TIM_IT_Update,ENABLE);
}

//初始化定时器IO

void LED_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);

    //设置PA11为复用推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =  GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_11 | GPIO_Pin_12;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);   

    //Âö³å¿Ú+·½Ïò
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =  GPIO_Pin_5;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);   
     
      /* TIM1 Full remapping pins */
    GPIO_PinRemapConfig(GPIO_FullRemap_TIM1, ENABLE);   //打开重映射
}

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wangtaohui|  楼主 | 2023-1-30 16:13 | 只看该作者
定时器更新中断

int i = 0;
void TIM1_UP_IRQHandler(void)  
{  
  TIM_ClearFlag(TIM1, TIM_FLAG_Update);
    if(i < ACCELERATED_SPEED_LENGTH && g_motor_dir_s == 0) //加速,直到步数达到 ACCELERATED_SPEED_LENGTH
    {
        TIM1->ARR= period[i];
        TIM1->CCR4= period[i]/2;
        i++;
    step_to_run = 20000;   //这里设置要跑的步数,当然可以写在main函数中,这里没有把加减速的步数算上
    }
    else if(step_to_run > 0) //匀速
    {
        step_to_run--;
     }
  else if(i > 0 && g_motor_dir_s == 1)  //电机减速
  {
        i--;
        TIM1->ARR= period[i];
        TIM1->CCR4= period[i]/2;
    }        

    if(i == ACCELERATED_SPEED_LENGTH || i == 0)
        {
            g_motor_dir_s = (~g_motor_dir_s)&0x01;
            }   
}

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