| 基于STM32步进电机s型加减速控制 |
一个物体从起点运动到终点,要经历加速,匀速,减速的过程,把整个过程中速度随时间变化关系画出来,就是速度曲线. S型加减速就是指速度曲线中加减速阶段的曲线呈现一个英文字母'S'型. S型加减速相对于梯形加减速更加平稳,对电机和传动系统的冲击更小. S型加减速的曲线并没有限定是什么曲线,所以可以是指数曲线,可以是正弦曲线.这里分析的S型加减速是基于加速度匀速变化的曲线. S型加减速的优点就是启动和停止都很平滑,不会有很大的冲击,但缺点就是启动和停止的时间比较长. 具体的加减速的速度曲线看背景图…. 右图就是S型加速曲线和对应的加速度曲线示意图 在加速过程中,前半部分由于加速度是匀速递增的, 这段曲线我们称为加加速段曲线(后面称它为IncAccel),后半部分是加速度匀速递减的,称为减加速段(DeAccel). 加加速段是加速度关于时间的斜率为正的直线,减 加速则是加速度关于时间的斜率为负的直线. 加速度从0开始变化,到了最大值开始减小,最后为0, 由于加速度的斜率是相同的,所以加加速度和减加速度 所用的时间是一样.这两段曲线是关于加速度最大值的对应的速度中心对称的. |
单片机源程序如下: #include "Speed.h" //函数名称： CalculateSpeedTab //函数功能：计算加减速表 //参数参数：Speed 速度结构体 // V0; //初速度，单位：step/s // Vt; //末速度，单位：step/s // S; //路程，单位：step // t; //加速时间，单位：s // time; //加速次数 单位：次 // *SpeedTab; //加速速度表，速度单位：step/s // SecSpeedPoint; //减速点 单位：step //返回输出：速度结构体 static Speed_t CalculateSpeedTab(Speed_t Speed) { int i; double aa; //加加速 int DeltaV; //速度变化量 int tempVt; //如果速度记录表的指针为空，说明没有分配内存 RT_ASSERT(Speed->SpeedTab != RT_NULL); //各参数是否超范围 RT_ASSERT(IS_SPEED(Speed->V0, Speed->Vt)); RT_ASSERT(IS_SPACE(Speed->S)); RT_ASSERT(IS_ADDTIMING(Speed->t)); RT_ASSERT(IS_ADDTIME(Speed->time)); //根据加速法则计算末速度 tempVt = LASTVELOCITY(Speed->S / SPEEDPRINCIPLE, Speed->V0, Speed->t); Speed->Vt = (tempVt > Speed->Vt) ? Speed->Vt : tempVt; Speed->SecSpeedPoint = ACCELERATESPACE(Speed->V0, Speed->Vt, Speed->t); //计算减速点位置，剩余路程为该值时开始减速 aa = (double)((Speed->Vt - Speed->V0) / 2) //加速度变化拐点时的速度值 a| /| * 2 //知道直角三角形面积，逆推三角型高度时将面积*2 | / | 面积为DeltaV / (Speed->time / 2) //除以底边 | / | / (Speed->time / 2); //再除以底边，得到斜率，即加加速 |/___|_____time //开始速度计算 for(i = 0; i < ((Speed->time / 2) + 1); i++) { DeltaV = (aa * i * i) / 2; //V = V0 + a * t / 2; a = aa * t; *(Speed->SpeedTab + i) = Speed->V0 + DeltaV; //当前点的速度 *(Speed->SpeedTab + Speed->time - i) = Speed->Vt - DeltaV; //对称点的速度 } return Speed; } //函数名称：TestSpeed //函数功能：测试速度表计算函数 //函数参数：V0 初速度，单位：转/min // Vt 末速度，单位：转/min // S 路程，单位：mm // time 加速次数 //函数返回：无 void TestSpeed(int V0, int Vt, int S, int time) { int i; Speed_t Speed = (Speed_t)rt_malloc(sizeof(struct SPEED)); Speed->V0 = STEPSPEED(V0); //起速 Speed->Vt = STEPSPEED(Vt); //末速 Speed->S = TOTALSTEP(S); //路程 Speed->t = 0.2; //加速时间设为0.2秒 Speed->time = time; //加速次数 Speed->SpeedTab = (int *)rt_malloc(sizeof(int) * (Speed->time + 1)); //根据加速次数申请表格内存，加1，以防用的时候超界 CalculateSpeedTab(Speed); //开始计算 for(i = 0; i < Speed->time; i++) { rt_kprintf("SpeedTab[%d] = %d, Acceleration = %dn" , i , *(Speed->SpeedTab + i) , *(Speed->SpeedTab + i + 1) - *(Speed->SpeedTab + i)); } rt_kprintf("SpeedTab[%d] = %dn", i, *(Speed->SpeedTab + i)); rt_free(Speed->SpeedTab); rt_free(Speed); } FINSH_FUNCTION_EXPORT(TestSpeed, Test Speed table calculate); 复制代码 头文件： #ifndef __SPEED_H__ #define __SPEED_H__ #include "rtthread.h" #include "finsh.h" /* 三分之一加减速法则： 加速路程不超过三分之一总路程， 这样做的目的是给减速留有足够的时间去检测减速点， 进而实现平稳的将速度减到初速度， 如果在处理速度够快的情况下， 可以选择二分之一加减速 */ //加减速法则，2分之一法则或3分之一法则 #define SPEEDPRINCIPLE 3 //电机最大转速，单位转/min #define MOTOMAXSPEED 1500 //电机每转对应的传动距离,单位：mm #define MOTOROUNDLENGTH 36 //电机最大初速度，初速度超过该值会对电机造成伤害，单位转/min #define MOTOMAXSTART 200 //驱动器细分数 #define DRIVERSFRACTION 1 //电机细分数 #define MOTOFRACTION 200 //根据初速度，末速度，以及时间，计算加速路程 #define ACCELERATESPACE(V0,Vt,t) (((V0) + (Vt)) * (t) / 2) //根据加速路程，初速度，以及时间，计算末速度 #define LASTVELOCITY(S,V0,t) (2 * (S) / (t) - (V0)) //根据电机转速（转/min），计算电机步速度（step/s） #define STEPSPEED(RV) ((RV) * MOTOFRACTION * DRIVERSFRACTION / 60) //根据长度计算电机所需走的步数，S的单位为mm #define TOTALSTEP(S) S * MOTOFRACTION * DRIVERSFRACTION / MOTOROUNDLENGTH struct SPEED { int V0; //初速度，单位：step/s int Vt; //末速度，单位：step/s long long S; //路程，单位：step double t; //加速时间，单位：s int time; //加速次数 单位：次 int *SpeedTab; //加速速度表，速度单位：step/s int SecSpeedPoint; //减速点 单位：step(在电机运动过程中，如果剩余路程小于等于该值，那么电机开始减速) }; typedef struct SPEED * Speed_t; //各参数范围值，可以在此设置参数范围 //初速度大于0小于电机最高起速，末速度大于初速度，小于电机最高转速 #define IS_SPEED(V0,Vt) (((V0) >= 0) && ((V0) <= STEPSPEED(MOTOMAXSTART)) && ((Vt) >= (V0)) && ((Vt) <= STEPSPEED(MOTOMAXSPEED))) #define IS_SPACE(S) ((S) > 0) #define IS_ADDTIMING(t) ((t) > 0) #define IS_ADDTIME(time) ((time) >= 32) //让加速次数必须大于等于32，否则计算表格就没什么意义 #endif |
举报
更多回帖
