就DC馬達而言
，通過升高電壓（如果使用脈寬調製，則增加占空比），可ke以yi控kong製zhi馬ma達da傳chuan動dong軸zhou達da到dao某mou個ge指zhi定ding速su度du的de快kuai慢man。但dan是shi，如ru果guo是shi步bu進jin馬ma達da，則ze改gai變bian電dian壓ya不bu會hui對dui馬ma達da速su度du產chan生sheng任ren何he影ying響xiang。沒mei錯cuo
，改gai變bian電dian壓ya大da小xiao可ke以yi改gai變bian繞rao組zu電dian流liu電dian荷he的de速su率lv，從cong而er改gai變bian步bu進jin馬ma達da的de最zui大da速su度du，但dan是shi，馬ma達da速su度du是shi由you繞rao組zu電dian流liu開kai關guan或huo者zhe整zheng流liu的de速su率lv所suo決jue定ding。

我們可以做這樣的假設嗎：步bu進jin馬ma達da是shi一yi些xie不bu需xu要yao受shou控kong加jia速su過guo程cheng的de機ji器qi

？如ru果guo可ke以yi
，那na麼me我wo們men就jiu可ke以yi無wu所suo顧gu忌ji地di讓rang步bu進jin馬ma達da工gong作zuo在zai任ren何he目mu標biao速su度du下xia嗎ma？事shi實shi是shi
，相xiang比bi其qi他ta馬ma達da拓tuo撲pu結jie構gou，步bu進jin馬ma達da更geng加jia需xu要yao通tong過guo加jia速su和he減jian速su過guo程cheng來lai激ji勵li。以yi任ren意yi速su度du啟qi動dong步bu進jin馬ma達da，可ke能neng會hui帶dai來lai可ke怕pa的de後hou果guo。

本文中，我們假設讀者已熟悉如何利用市場上已有集成微步進驅動器
，對步進馬達進行控製。步進驅動器（例如：TI DRV8818等）的輸出與方波（“步進輸入”）頻率成正比。每個“步進”脈衝均等於驅動器步進邏輯定義步進（即微步進）。因此，改變方波頻率，也會相應改變步進馬達的速率。

圖1顯示了某個馬達製造廠商的傳統步進速率/扭矩曲線圖，其中起始頻率fs為一個重要參數。我們必須知道，要想正常啟動這種特殊的馬達，必須使用一個小於fs的步進速率。使用大於fs的步進速率啟動馬達
，可能會使馬達停轉，並失去同步性。一旦出現這種情況，馬達轉動控製將受到嚴重的影響。

表麵看起來

，這是一個嚴重的問題
，但實際卻很容易解決。您需要做的隻是讓馬達以某個低於fs的步進速率啟動，然後提高速度，直到達到目標速度為止。遵循這一原則以後
，步進馬達便可以通過遠超fs的步進速率來驅動—隻要速度保持在所示扭矩/速度曲線以下。


同樣重要的是，不能簡單地通過停止“步進”脈(mai)衝(chong)來(lai)讓(rang)馬(ma)達(da)停(ting)止(zhi)。相(xiang)反(fan)
，應(ying)把(ba)步(bu)進(jin)速(su)率(lv)從(cong)目(mu)標(biao)速(su)度(du)降(jiang)至(zhi)某(mou)個(ge)能(neng)使(shi)馬(ma)達(da)停(ting)止(zhi)下(xia)來(lai)且(qie)沒(mei)有(you)傳(chuan)動(dong)軸(zhou)慣(guan)性(xing)的(de)更(geng)低(di)速(su)率(lv)
，因(yin)為(wei)傳(chuan)動(dong)軸(zhou)慣(guan)性(xing)會(hui)引(yin)起(qi)多(duo)餘(yu)
、wuyongdebujin。qingjizhu，ruguozaidingweiyingyongzhongshiyongbujinmada，zeruguomadazaiyinggaitingzhishihaijixuzhuandong，madachuandongzhoubianhuishiqudingwei。youyubihuanweizhifankuihenshaoyongyuqudongbujinmada

，yinciquebaojinzhixingzhilingxingbujinzhiguanzhongyao。

加速/減速過程

weileshibujinmadacongqishisudujiasuzhimougeqiwangmubiaosudu
，zhixuyizhouqixingjiangegaibiandangqiansudu。daduoshugongchengshidoushiyongweikongzhiqilaishixianbujinmadakongzhi。zuichangjiandeshixianfangfashizhishiyonglianggedingshiqi。diyigeshimeimiaobujin(SPS)定時器，用於產生一種精確的步進速率計時功能。另外一個是加速定時器
，用於周期性地改變第一個定時器。

由於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)。這一過程被稱作加速度，即速度隨時間變化情況。圖2顯示了一個典型的基於微控製器的加速度分布圖放大圖，並描述了步進馬達加速至目標速度的過程。

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SPS是我們希望獲得的每秒步進數
，即馬達轉動的步進速率。必須對SPS定時器編程，實現以該速率發出脈衝。根據定時器的振蕩器頻率，典型方程式為：



其中SPS_timer_register為一個16位數字，它告訴定時器產生後續“步進”脈衝的所需時長，而timer_oscillator為一個常量
，表示定時器的兆赫單位運行速度。

以函數形式將該方程式存儲起來，因為經常會用到它。為了理解它的工作過程
，我們假設定時器振蕩器工作在8 MHz下，並且期望的馬達步進速率為200 SPS。根據該方程式，程序代碼使SPS_timer_register值等於40000。那麼，定時器每計時到40000，便產生一次“步進”脈衝。這會產生每秒200脈衝的定時器型輸出以及200SPS的傳動軸旋轉。

這種事件每次發生時

，都會產生一次中斷，並且定時器被清空。“步進”輸入上升沿計時對於微步進驅動器精確度至關重要，但隻要其在下一個“步進”上升沿之前，下降沿幾乎隨時會出現。

定義加速度曲線需要兩個參數：（1）SPS值變化頻率


；（2）SPS值變化程度。加速度曲線與這兩個參數成正比
；也就是說，SPS值變化越頻繁，其值也越大，而加速度曲線也會越大起大落。加速度定時器同時控製這兩個參數：定時器函數起作用的次數與SPS值每秒的變化次數相同，另外
，定時器的中斷服務程序(ISR)通過一個預先確定的因數定期增加當前SPS
，從而確定新的速度。

使用每秒每秒步進(SPSPS)，或者當前SPS速率改變的每秒次數，來測定加速速率。如果通過增加1來改變SPS值，則每次加速速率改變都必須調用（觸發）加速度定時器的ISR。例如，加速速率為1000 SPSPS時
，馬達速度以200SPS開始，並周期性增加1，直至其達到1200SPS。那麼
，加速度定時器的ISR需要調用1000次。

另外一種方法是，加速度定時器調用頻率減半，然後SPS周期性增加2。相比前一個例子，加速度定時器的ISR僅調用了500次，但馬達仍然以200SPS啟動
，並在1秒內達到1200SPS。兩者的差別是更實時的可用性，但代價是分辨率下降。換句話說
，為了達到999 SPSPS的精確加速速率
，必須使用第一種方法。

bixuzailiangzhongfangfazhijianjinxingquanheng，yinweinindexuanzejuedinglekeyidadaoshenmeyangdemadagongzuozhiliang。liru
，ruguoyaoqiuyouhenduoliduyidadaosuoyoukenengdejiasuduguocheng，zexuyaojinkenengditiaoyongjiasududingshiqideISR。

但是，在前麵的SPS定時器方程式中，存在除運算。根據所使用處理器內核的不同，這種除運算可能會極大限製ISR被有效調用並正確產生新SPS速率的次數。在使用TI MSP430且 CPU運行在16 MHz下的實現中，一次除運算耗時約500μs。結果
，ISR每秒被調用的最大次數為2000次。這種限製決定了增量因數的大小。加速速率大於2000時，必須使用大於1的增量。

在(zai)馬(ma)達(da)啟(qi)動(dong)前(qian)不(bu)久(jiu)，便(bian)進(jin)行(xing)一(yi)次(ci)加(jia)速(su)速(su)率(lv)計(ji)算(suan)。負(fu)責(ze)該(gai)計(ji)算(suan)的(de)軟(ruan)件(jian)
，確(que)定(ding)加(jia)速(su)度(du)定(ding)時(shi)器(qi)的(de)時(shi)間(jian)間(jian)隔(ge)和(he)增(zeng)量(liang)因(yin)數(shu)大(da)小(xiao)，然(ran)後(hou)對(dui)各(ge)變(bian)量(liang)進(jin)行(xing)相(xiang)應(ying)的(de)配(pei)置(zhi)。同(tong)時(shi)使(shi)用(yong)這(zhe)些(xie)變(bian)量(liang)，直(zhi)到(dao)對(dui)SPS速率的修改足以達到目標速度為止。一旦達到目標速度，加速終止。

減速過程與加速過程基本一致，但增量因數為負而非正的情況除外。另外，必須規定一個馬達能夠安全停止的新目標速度。

圖3顯示了一個加速/減速過程，其中，加速和減速速率對稱。也可以使用非對稱速率。

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位置控製

到dao目mu前qian為wei止zhi，在zai速su度du控kong製zhi環huan路lu中zhong操cao作zuo馬ma達da看kan似si十shi分fen簡jian單dan。馬ma達da達da到dao某mou個ge目mu標biao速su度du，然ran後hou在zai某mou個ge時shi刻ke收shou到dao停ting止zhi指zhi令ling。但dan是shi，當dang需xu要yao在zai某mou段duan預yu定ding時shi間jian內nei執zhi行xing某mou個ge預yu定ding步bu進jin數shu時shi，結jie果guo會hui怎zen樣yang呢ne？加jia速su/減jian速su過guo程cheng變bian得de比bi任ren何he時shi候hou都dou要yao重zhong要yao。在zai這zhe種zhong運yun行xing控kong製zhi拓tuo撲pu結jie構gou中zhong
，所suo有you計ji劃hua步bu進jin都dou執zhi行xing完wan畢bi後hou馬ma達da便bian停ting止zhi，這zhe一yi點dian至zhi關guan重zhong要yao。規gui定ding步bu進jin數shu的de變bian量liang被bei稱cheng作zuo number_of_steps。

必須對馬達運動情況編碼
，以使馬達在規定時間停止
，不用等待減速命令。實現這個目標的一個方法是對一個名叫steps_to_stop的變量編程，使其小於number_of_steps。之後，軟件通過監測steps_to_stop，確定需要開始減速的時機。

在達到目標速度以前
，加速會一直執行。達到目標速度後，在達到steps_to_stop計數（開始減速之時）以前
，仍允許步進馬達運行。例如，1000步進運行時，steps_to_stop設置為800。因此
，馬達通過一個加速過程啟動


，持續運行至步進800
，此時馬達開始減速
，直到停止運行。

根據所有係統變量的配置
，我們需要研究下列5種情況（參見圖 4）：

情況1：在馬達達到目標速度以前所有步進結束；

情況2：馬達達到目標速度時所有步進結束；

情況3：達到停止速度以前所有步進結束；

情況4：達到停止速度時所有步進結束；

情況5：達到停止速度後所有步進結束。


恰好在達到停止速度時馬達停止（情況4）是一種理想情況。在達到停止速度前不久（情況3）或者以後（情況5）馬(ma)達(da)停(ting)止(zhi)是(shi)可(ke)以(yi)接(jie)受(shou)的(de)，具(ju)體(ti)取(qu)決(jue)於(yu)出(chu)現(xian)這(zhe)些(xie)情(qing)況(kuang)時(shi)距(ju)離(li)理(li)想(xiang)情(qing)況(kuang)還(hai)差(cha)多(duo)少(shao)個(ge)步(bu)進(jin)。例(li)如(ru)，如(ru)果(guo)馬(ma)達(da)轉(zhuan)動(dong)過(guo)快(kuai)時(shi)所(suo)有(you)步(bu)進(jin)結(jie)束(shu)
，則(ze)馬(ma)達(da)傳(chuan)動(dong)軸(zhou)可(ke)能(neng)會(hui)因(yin)轉(zhuan)動(dong)慣(guan)量(liang)而(er)失(shi)去(qu)位(wei)置(zhi)。但(dan)是(shi)
，如(ru)果(guo)在(zai)所(suo)有(you)步(bu)進(jin)執(zhi)行(xing)完(wan)以(yi)前(qian)達(da)到(dao)停(ting)止(zhi)速(su)度(du)，則(ze)執(zhi)行(xing)該(gai)次(ci)馬(ma)達(da)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)所(suo)需(xu)的(de)總(zong)時(shi)間(jian)會(hui)過(guo)長(chang)。
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情況1和2僅為說明需要，應該不會出現，因為設計人員應始終確保steps_to_stop小於number_of_steps。了解所有可能出現的情況以後
，設計人員可以簡單地對係統進行微調，以獲得最佳響應。

隻需少許微調的另一種方法是，將步進總數分割成幾個百分數
，分配給每個加速/減速過程特定區域。在這種算法實現中
，可選擇步進總數的20%用以對馬達加速，60%用以使馬達恒速運行
，其餘20%用以對馬達減速（參見圖5）。如果number_of_steps為1000，則馬達以預設加速度加速200個步進，然後無論它達到何種步進速率都停止加速。之後
，以這種速率執行600個步進，並且最後200個步進執行完全部減速過程。


請注意，使用這種算法時，假設正確選擇百分比的情況下，步進不可能在馬達運動過程的錯誤部分耗盡。就圖5所suo示shi例li子zi而er言yan，由you於yu加jia速su和he減jian速su部bu分fen都dou很hen平ping衡heng，因yin此ci馬ma達da最zui可ke能neng以yi相xiang同tong速su度du開kai始shi和he停ting止zhi。這zhe種zhong方fang法fa的de缺que點dian是shi
，很hen難nan保bao證zheng達da到dao目mu標biao速su度du。如ru果guo目mu標biao速su度du不bu那na麼me重zhong要yao，則ze可ke以yi使shi用yong這zhe種zhong算suan法fa來lai確que保bao馬ma達da始shi終zhong在zai安an全quan速su度du下xia停ting止zhi。

如果速度達到對應用來說過慢，使用這種算法加速馬達傳動軸的唯一方法是，提高加速速率，或者增加加速/減速區域中使用的步進數百分比。但是，設計人員必須小心操作，不要讓馬達運行速度違反馬達扭矩/速度曲線。

結論

shuangjibujinmadajiasuhejiansu
，shisuoyoubujinmadayingyongshejideguanjianbufen。jinguanzaiguoqushinianli，gonglvjikongzhiyidedaojidajianhua，danshijiasuhejiansuguochengyingyongchengxurengweicongyingyongchuliqilingyuxiaoshengniji。youyugesebujinmadajiejuefangandecunzai，nenggouzhengquechuliyingyongbujinmadayundongkongzhideyixiesuanfa，gengjiarongyibianmaheweitiao。tongguozhengquediduimadajiasuhejiansu，shejirenyuankeyiquebaoyingyonggaoxiaoyunxing，bingdadaogezhongguifanyaoqiu。

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