CN109510532A - 一种步进电机的直线段梯形加减速控制算法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种步进电机的直线段梯形加减速控制算法，涉及于３Ｄ打印技术领域，包括以下步骤：S1、采用直线段梯形加减速控制算法构建进步电机的加减速度模型，从而得到加速度与位移的关系；S2、根据需要的目标距离，对进步电机的加减速度模型所包含的情况进行分析；S3、对步进电机在进行梯形加减速运动时的三个阶段进行分析。本发明一种步进电机的直线段梯形加减速控制算法，具有有较好的平稳性，能满足速度变化较大的快速定位场合中。同时其算法易于实现，控制简单，计算效率高。

Description

一种步进电机的直线段梯形加减速控制算法

技术领域

本发明属于3D打印技术，尤其涉及一种步进电机的直线段梯形加减速控制算法。

背景技术

在3D打印控制中，在步进电机的运动控制中，其最高运行速度比最高启动速度高得多，因此如果步进电机以最高运行速度启动极易会出现不启动或者丢步的情况。而在快速运动控制中，如果在目标位置附近立即中断驱动脉冲的话，步进电机容易发生过冲，产生运行误差。因此，在控制步进电机运动中，启停过程要有速度由慢变快，再由快变慢的过程，即启动-加速-匀速-减速-停止。

根据步进电机运行控制原理及特点，其加减速算法主要有梯形算法、S型曲线算法和指数算法。S形曲线算法和指数算法就是把直线加减速段分为若干小段，逐一进行读取来实现步进电机的加减速，具有稳定好，不易损坏电机等特点但其算法较为复杂，难于实现。梯形算法是直线段加减速，有较好的平稳性，能满足速度变化较大的快速定位场合中。同时其算法易于实现，控制简单，计算效率高。因此需要控制系统选用梯形加减速控制算法对各步进电机进行运动控制。直线段梯形加减速控制算法曲线如图所示。

发明内容

本发明的目的在于提供一种步进电机的直线段梯形加减速控制算法，从而克服S形曲线算法和指数算法较为复杂、难于实现的缺点。

为实现上述目的，本发明提供了一种步进电机的直线段梯形加减速控制算法，包括以下步骤：

S1、采用直线段梯形加减速控制算法构建进步电机的加减速度模型，从而得到加速度与位移的关系；

S2、根据需要的目标距离，对进步电机的加减速度模型所包含的情况进行分析；

S3、对步进电机在进行梯形加减速运动时的三个阶段进行分析。

进一步的，所述S1的加速度与位移的关系为：

式(1)中，S_a为步进电机的加速段位移量；S_d为步进电机的减速段位移量；v_max为步进电机的最大运行速度；a为设定步进电机的加速度。

进一步的，所述S2具体包括：

S21、当S_a+S_d＜S时，步进电机的运行状态包含完整的速度变化阶段，且步进电机保持匀速时间为S-S_a-S_d/v_max；

S22、当S_a+S_d＝S时，步进电机的运行状态只有加速和减速两个运行阶段，即步进电机加速到最大运行速度时便开始减速，直到停止；

S23、当S_a+S_d＞S，步进电机的运行状态仍只有加速和减速两个运行阶段，但不同的是步进电机未加速到最大速度便开始减速，直到速度为0。

进一步的，所述S3具体包括：

S31、当步进电机的运行速度满足公式时，步进电机仍处于加速运行阶段；其中，v_max为步进电机的最大运行速度，a是进步电机的加速度，l为当前位移量；当满足上述条件时，应继续对步进电机以加速度a进行加速至速度为v_max；

S32、当速度满足公式时，步进电机进入匀速运行阶段；此时应使步进电机保持速度为v_max继续运行。

S33、当速度满足公式时，步进电机进入减速运行阶段；此时对步进电机以加速度a减速至速度为0；当目标位移l＝S时，步进电机停止运行。

与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明一种步进电机的直线段梯形加减速控制算法，具有有较好的平稳性，能满足速度变化较大的快速定位场合中。同时其算法易于实现，控制简单，计算效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种步进电机的直线段梯形加减速控制算法的流程图；

图2是本发明的直线段梯形加减速示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明所提供的步进电机的直线段梯形加减速控制算法包括以下步骤：

S1、采用直线段梯形加减速控制算法计算进步电机的速度，步进电机的速度变化过程为加速、匀速及减速三个阶段，其中加速阶段的位移为：

式(1)中，S_a为步进电机的加速段位移量；S_d为步进电机的减速段位移量；v_max为步进电机的最大运行速度；a为设定步进电机的加速度。

S2、根据目标距离S的不同，步进电机的运行阶段组合情况也会有所差异；包括以下三种情况：

S21、当S_a+S_d＜S时，步进电机的运行状态包含完整的速度变化阶段，且步进电机保持匀速时间为S-S_a-S_d/v_max；

S22、当S_a+S_d＝S时，步进电机的运行状态只有加速和减速两个运行阶段，即步进电机加速到最大运行速度时便开始减速，直到停止；

S23、当S_a+S_d＞S，步进电机的运行状态仍只有加速和减速两个运行阶段，但不同的是步进电机未加速到最大速度便开始减速，直到速度为0；

在上述情况中，S22和S23的步进电机的速度曲线为三角形，能够作为梯形加减速控制的特殊情况。在实际的3D打印过程中，目标路径中含有许多坐标信息，这对步进电机能及时根据两轴各自坐标信息准确地匹配合适的加减速控制方案。

S3、对步进电机在进行梯形加减速运动时的三个阶段进行分析：

S31、当步进电机的运行速度满足公式时，步进电机仍处于加速运行阶段；其中，v_max为步进电机的最大运行速度，a是进步电机的加速度，l为当前位移量；当满足上述条件时，应继续对步进电机以加速度a进行加速至速度为v_max；

S32、当速度满足公式时，步进电机进入匀速运行阶段；此时应使步进电机保持速度为v_max继续运行。

S33、当速度满足公式时，步进电机进入减速运行阶段；此时对步进电机以加速度a减速至速度为0；当目标位移l＝S时，步进电机停止运行。

当步进电机的加减速曲线上只有加速和减速两个阶段，曲线变为三角形。其分析方法与梯形曲线类似。

综上，本发明一种步进电机的直线段梯形加减速控制算法，具有有较好的平稳性，能满足速度变化较大的快速定位场合中。同时其算法易于实现，控制简单，计算效率高。

以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种步进电机的直线段梯形加减速控制算法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、采用直线段梯形加减速控制算法构建进步电机的加减速度模型，从而得到加速度与位移的关系；

S2、根据需要的目标距离，对进步电机的加减速度模型所包含的情况进行分析；

S3、对步进电机在进行梯形加减速运动时的三个阶段进行分析。

2.根据权利要求1所述的步进电机的直线段梯形加减速控制算法，其特征在于：所述S1的加速度与位移的关系为：

式(1)中，S_a为步进电机的加速段位移量；S_d为步进电机的减速段位移量；v_max为步进电机的最大运行速度；a为设定步进电机的加速度。

3.根据权利要求2所述的步进电机的直线段梯形加减速控制算法，其特征在于：所述S2具体包括：

S21、当S_a+S_d＜S时，步进电机的运行状态包含完整的速度变化阶段，且步进电机保持匀速时间为S-S_a-S_d/v_max；

S22、当S_a+S_d＝S时，步进电机的运行状态只有加速和减速两个运行阶段，即步进电机加速到最大运行速度时便开始减速，直到停止；

S23、当S_a+S_d＞S，步进电机的运行状态仍只有加速和减速两个运行阶段，但不同的是步进电机未加速到最大速度便开始减速，直到速度为0。

4.根据权利要求3所述的步进电机的直线段梯形加减速控制算法，其特征在于：所述S3具体包括：

S31、当步进电机的运行速度满足公式时，步进电机仍处于加速运行阶段；其中，v_max为步进电机的最大运行速度，a是进步电机的加速度，l为当前位移量；当满足上述条件时，应继续对步进电机以加速度a进行加速至速度为v_max；

S32、当速度满足公式时，步进电机进入匀速运行阶段；此时应使步进电机保持速度为v_max继续运行。

S33、当速度满足公式时，步进电机进入减速运行阶段；此时对步进电机以加速度a减速至速度为0；当目标位移l＝S时，步进电机停止运行。