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），keyikongzhimadachuandongzhoudadaomougezhidingsududekuaiman。danshi，ruguoshibujinmada，zegaibiandianyabuhuiduimadasuduchanshengrenheyingxiang。meicuo
，gaibiandianyadaxiaokeyigaibianraozudianliudianhedesulv，congergaibianbujinmadadezuidasudu，danshi
，madasudushiyouraozudianliukaiguanhuozhezhengliudesulvsuojueding。

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”maichonglairangmadatingzhi。xiangfan，yingbabujinsulvcongmubiaosudujiangzhimougenengshimadatingzhixialaiqiemeiyouchuandongzhouguanxingdegengdisulv
，yinweichuandongzhouguanxinghuiyinqiduoyu、無wu用yong的de步bu進jin。請qing記ji住zhu


，如ru果guo在zai定ding位wei應ying用yong中zhong使shi用yong步bu進jin馬ma達da
，則ze如ru果guo馬ma達da在zai應ying該gai停ting止zhi時shi還hai繼ji續xu轉zhuan動dong，馬ma達da傳chuan動dong軸zhou便bian會hui失shi去qu定ding位wei。由you於yu閉bi環huan位wei置zhi反fan饋kui很hen少shao用yong於yu驅qu動dong步bu進jin馬ma達da，因yin此ci確que保bao僅jin執zhi行xing指zhi令ling性xing步bu進jin至zhi關guan重zhong要yao。

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duiSPS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)/jiansuguochengbiandebirenheshihoudouyaozhongyao。zaizhezhongyunxingkongzhituopujiegouzhong，suoyoujihuabujindouzhixingwanbihoumadabiantingzhi
，zheyidianzhiguanzhongyao。guidingbujinshudebianliangbeichengzuo 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5suoshilizieryan，youyujiasuhejiansubufendouhenpingheng，yincimadazuikenengyixiangtongsudukaishihetingzhi。zhezhongfangfadequedianshi，hennanbaozhengdadaomubiaosudu。ruguomubiaosudubunamezhongyao
，zekeyishiyongzhezhongsuanfalaiquebaomadashizhongzaianquansuduxiatingzhi。

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

雙(shuang)極(ji)步(bu)進(jin)馬(ma)達(da)加(jia)速(su)和(he)減(jian)速(su)，是(shi)所(suo)有(you)步(bu)進(jin)馬(ma)達(da)應(ying)用(yong)設(she)計(ji)的(de)關(guan)鍵(jian)部(bu)分(fen)。盡(jin)管(guan)在(zai)過(guo)去(qu)十(shi)年(nian)裏(li)
，功(gong)率(lv)級(ji)控(kong)製(zhi)已(yi)得(de)到(dao)極(ji)大(da)簡(jian)化(hua)
，但(dan)是(shi)加(jia)速(su)和(he)減(jian)速(su)過(guo)程(cheng)應(ying)用(yong)程(cheng)序(xu)仍(reng)未(wei)從(cong)應(ying)用(yong)處(chu)理(li)器(qi)領(ling)域(yu)銷(xiao)聲(sheng)匿(ni)跡(ji)。由(you)於(yu)各(ge)色(se)步(bu)進(jin)馬(ma)達(da)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)的(de)存(cun)在(zai)，能(neng)夠(gou)正(zheng)確(que)處(chu)理(li)應(ying)用(yong)步(bu)進(jin)馬(ma)達(da)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)的(de)一(yi)些(xie)算(suan)法(fa)，更(geng)加(jia)容(rong)易(yi)編(bian)碼(ma)和(he)微(wei)調(tiao)。通(tong)過(guo)正(zheng)確(que)地(di)對(dui)馬(ma)達(da)加(jia)速(su)和(he)減(jian)速(su)，設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)可(ke)以(yi)確(que)保(bao)應(ying)用(yong)高(gao)效(xiao)運(yun)行(xing)，並(bing)達(da)到(dao)各(ge)種(zhong)規(gui)範(fan)要(yao)求(qiu)。

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