總體介紹

對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制通常使用PWM控制，改變頻率來控制速度，然后統(tǒng)計(jì)脈沖個(gè)數(shù)知道電機(jī)當(dāng)前位置，可以很容易實(shí)現(xiàn)加減速規(guī)劃，或者不考慮加減速平穩(wěn)性，直接以小于最大啟動(dòng)速度的速度啟動(dòng)，發(fā)完給定個(gè)脈沖后直接關(guān)閉定時(shí)器。以上控制方式都沒實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的位置的自由控制，即讓步進(jìn)電機(jī)跟隨任意位置曲線運(yùn)動(dòng)，此項(xiàng)目是為了實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的自由控制，能準(zhǔn)確定位。可以使用編碼器或者電位器作為控制器，用手?jǐn)Q編碼器，步進(jìn)電機(jī)可跟隨一起運(yùn)動(dòng)，也可以按照函數(shù)曲線運(yùn)動(dòng)。

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器有很多種，如A4988、TMC2208等，常用的驅(qū)動(dòng)方式是脈沖加方向，有的高端點(diǎn)的使用can、串口等方式控制。本篇介紹如何使用脈沖加方向方式對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行位置的自由控制！

控制原理

使用通信協(xié)議方式控制步進(jìn)電機(jī)，可周期性同步位置到驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)位置的自由控制，脈沖加方向方式也可抽象為使用通信協(xié)議在與驅(qū)動(dòng)器通信，只不過是使用增量方式在通信，通過對(duì)脈沖的累計(jì)得到目標(biāo)位置。

程序使用兩個(gè)定時(shí)器，一個(gè)中斷頻率為1k，用于周期采樣目標(biāo)位置，并計(jì)算當(dāng)前速度，當(dāng)前速度值用于修改另一個(gè)定時(shí)器中斷頻率，所以在第二個(gè)定時(shí)器中判斷目標(biāo)位置與當(dāng)前位置的偏差，然后翻轉(zhuǎn)電平，實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖發(fā)送，同時(shí)判斷方向，對(duì)應(yīng)控制方向控制IO電平。

在其他函數(shù)中可給定任意形式的位置變化，根據(jù)采樣定理，應(yīng)該位置變化頻率不大于500Hz的都能被1k的定時(shí)器中斷正常采樣，由于發(fā)送脈沖需要以一定的頻率發(fā)送，所以第二個(gè)定時(shí)器頻率根據(jù)目標(biāo)位置變化率而改變，可以讓速度平滑，也可以減小CPU帶寬占用。以此方式可實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的自由控制，可使用編碼器或函數(shù)隨意控制電機(jī)！

代碼分析

此程序可實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)步進(jìn)電機(jī)的控制，以下是步進(jìn)電機(jī)類

/*步進(jìn)電機(jī)控制類*/

typedef struct?

{

? ? volatile unsigned long? *gpio_dir; //電機(jī)方向控制GPIO

? ? volatile unsigned long? *gpio_pluse; //電機(jī)脈沖GPIO

? ? int pluse_count;

? ? int goal_position;

? ? int last_position;

? ? int cur_position;

? ? int pos_bias;

? ? int speed;

? ? uint8_t status;

}stepMotor;

步進(jìn)電機(jī)控制核心函數(shù)，由一個(gè)簡(jiǎn)易狀態(tài)機(jī)組成，此函數(shù)放上面提到的第二個(gè)中斷函數(shù)執(zhí)行，先得到當(dāng)前偏差，狀態(tài)轉(zhuǎn)換，再發(fā)脈沖

void StepMotorCtrl(stepMotor *motor)

{

switch(motor->status)

{

case 0:

if(motor->goal_position != motor->cur_position)? //掃描

{

motor->pos_bias = motor->goal_position - motor->cur_position; //得到偏差

motor->status = 1;

}

break;

case 1:

if(motor->pos_bias > 0)

{

motor->pluse_count ++;

*(motor->gpio_dir) = 1;? //正方向

*(motor->gpio_pluse) = !*(motor->gpio_pluse);

if(motor->pluse_count == (motor->pos_bias * 2))

{

motor->cur_position += motor->pos_bias;

motor->pluse_count = 0;

motor->status = 0;

}

}

else

{

motor->pluse_count ++;

*(motor->gpio_dir) = 0;? //負(fù)方向

*(motor->gpio_pluse) = !*(motor->gpio_pluse);

if(motor->pluse_count == ((-motor->pos_bias) * 2))

{

motor->cur_position += motor->pos_bias;

motor->pluse_count = 0;

motor->status = 0;

}

}

break;

default:

break;

}

}