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步進電機減速比計算公式

生活 更新时间:2025-01-10 18:49:58
0 加減速背景

我們知道對于直流馬達而言,可以通過升高電壓(若是使用脈寬調制,則通過增加占空比)可以控制馬達的速度快慢。但是,對于步進馬達,改變其驅動電壓不會對速度産生任何影響。若以任意速度啟動步進馬達,速度過快時會帶來意想不到的一些結果,比如步進電機失步、堵轉等問題,而這些問題都是需要在應用中避免出現的,為此,我們需要讓步進電機從一個較低的速度慢慢加速到指定速度的過程。

1加減速原理

步進電機減速比計算公式(步進電機加減速過程分析)1

步進電機的力矩曲線圖

上圖是馬達公司提供的馬達的力矩曲線圖,其中fs是一個非常關鍵的參數,若要正常啟動該馬達,馬達的啟動速度必須小于該值,若啟動頻率大于該值的話,馬達會出現堵轉或失步等情況。為此,為了達到期望的運轉速度,馬達以一個較低的頻率開始逐漸加速到期望值,一般使用周期性間隔的改變步進電機步進頻率即可。

步進電機減速比計算公式(步進電機加減速過程分析)2

典型的加速曲線

最常用的方法是采用兩個定時器,一個定時器用作每秒步進定時器(SPS),用于産生步進速度計算器,另外一個是加速定時器,用于周期性的改變第一個定時器。由于速度受到周期性改變,在本質上得到與時間相關的角速度(dv/dt),這一過程稱為加速,即速度随時間的變化情況。減速的過程與加速相反,其本質上是一樣的。

SPS是我們希望的每秒步進數,即馬達轉動的步進速率,通過定時器的pwm功能産生設置好的速度,在加速過程中通過加速定時器周期性的改變SPS定時器寄存器的值,産生不同頻率的PWM波,即步進電機轉動的步進速率,實現加速。

步進電機減速比計算公式(步進電機加減速過程分析)3

加減速過程

從上圖加減速過程圖中可以看出實際加減速有5種情況。

  • 在馬達到達目标速度前所有步進結束
  • 在馬達到達目标速度時所有步進結束
  • 達到停止速度以前所有步進結束
  • 達到停止速度時所有步進結束
  • 達到停止速度後所有步進結束

步進電機減速比計算公式(步進電機加減速過程分析)4

加減速情況1-3

步進電機減速比計算公式(步進電機加減速過程分析)5

加減速情況4-5

該方法是先計算總的步進數,然後根據實際使用以上5種哪種情況來确定加減速各需要的步進數,該加減速控制方法簡單,比較直觀,缺點就是需要預先計算馬達需要步進的總步數,再分配加減速步數。該方法在實際應用中較多。

若是對目标速度的要求不是很精确,還可以采用百分比的方法來确定加減速的步數,由于加速和減速部分都很平衡,因此馬達會以相同的速度開始和停止,但其穩态下的速度可能與實際設置的速度有一定的偏差,若應用場景對速度的精度要求不高,可以使用百分比的方法來控制馬達加減速。

步進電機減速比計算公式(步進電機加減速過程分析)6

基于百分比的加減速

結論本次實驗的結果電機加減速視頻

步進電機減速比計算公式(步進電機加減速過程分析)7

本次實驗的驅動闆

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