加速/減速過(guò)程 - 雙極步進(jìn)馬達(dá)加速和減速過(guò)程應(yīng)用

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位置控制
到目前為止，在速度控制環(huán)路中操作馬達(dá)看似十分簡(jiǎn)單。馬達(dá)達(dá)到某個(gè)目標(biāo)速度，然后在某個(gè)時(shí)刻收到停止指令。但是，當(dāng)需要在某段預(yù)定時(shí)間內(nèi)執(zhí)行某個(gè)預(yù)定步進(jìn)數(shù)時(shí)，結(jié)果會(huì)怎樣呢？加速/減速過(guò)程變得比任何時(shí)候都要重要。在這種運(yùn)行控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，所有計(jì)劃步進(jìn)都執(zhí)行完畢后馬達(dá)便停止，這一點(diǎn)至關(guān)重要。規(guī)定步進(jìn)數(shù)的變量被稱(chēng)作 number_of_steps。
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必須對(duì)馬達(dá)運(yùn)動(dòng)情況編碼，以使馬達(dá)在規(guī)定時(shí)間停止，不用等待減速命令。實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的一個(gè)方法是對(duì)一個(gè)名叫steps_to_stop的變量編程，使其小于number_of_steps。之后，軟件通過(guò)監(jiān)測(cè)steps_to_stop，確定需要開(kāi)始減速的時(shí)機(jī)。
在達(dá)到目標(biāo)速度以前，加速會(huì)一直執(zhí)行。達(dá)到目標(biāo)速度后，在達(dá)到steps_to_stop計(jì)數(shù)（開(kāi)始減速之時(shí)）以前，仍允許步進(jìn)馬達(dá)運(yùn)行。例如，1000步進(jìn)運(yùn)行時(shí)，steps_to_stop設(shè)置為800。因此，馬達(dá)通過(guò)一個(gè)加速過(guò)程啟動(dòng)，持續(xù)運(yùn)行至步進(jìn)800，此時(shí)馬達(dá)開(kāi)始減速，直到停止運(yùn)行。
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根據(jù)所有系統(tǒng)變量的配置，我們需要研究下列5種情況（參見(jiàn)圖 4）：
情況1：在馬達(dá)達(dá)到目標(biāo)速度以前所有步進(jìn)結(jié)束。
情況2：馬達(dá)達(dá)到目標(biāo)速度時(shí)所有步進(jìn)結(jié)束。
情況3：達(dá)到停止速度以前所有步進(jìn)結(jié)束。
情況4：達(dá)到停止速度時(shí)所有步進(jìn)結(jié)束。
情況5：達(dá)到停止速度后所有步進(jìn)結(jié)束。
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圖4 5種加速/減速情況

恰好在達(dá)到停止速度時(shí)馬達(dá)停止（情況4）是一種理想情況。在達(dá)到停止速度前不久（情況3）或者以后（情況5）馬達(dá)停止是可以接受的，具體取決于出現(xiàn)這些情況時(shí)距離理想情況還差多少個(gè)步進(jìn)。例如，如果馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)快時(shí)所有步進(jìn)結(jié)束，則馬達(dá)傳動(dòng)軸可能會(huì)因轉(zhuǎn)動(dòng)慣量而失去位置。但是，如果在所有步進(jìn)執(zhí)行完以前達(dá)到停止速度，則執(zhí)行該次馬達(dá)運(yùn)動(dòng)控制所需的總時(shí)間會(huì)過(guò)長(zhǎng)。
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情況1和2僅為說(shuō)明需要，應(yīng)該不會(huì)出現(xiàn)，因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員應(yīng)始終確保steps_to_stop小于number_of_steps。了解所有可能出現(xiàn)的情況以后，設(shè)計(jì)人員可以簡(jiǎn)單地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行微調(diào)，以獲得最佳響應(yīng)。
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只需少許微調(diào)的另一種方法是，將步進(jìn)總數(shù)分割成幾個(gè)百分?jǐn)?shù)，分配給每個(gè)加速/減速過(guò)程特定區(qū)域。在這種算法實(shí)現(xiàn)中，可選擇步進(jìn)總數(shù)的20%用以對(duì)馬達(dá)加速，60%用以使馬達(dá)恒速運(yùn)行，其余20%用以對(duì)馬達(dá)減速（參見(jiàn)圖5）。如果number_of_steps為1000，則馬達(dá)以預(yù)設(shè)加速度加速200個(gè)步進(jìn)，然后無(wú)論它達(dá)到何種步進(jìn)速率都停止加速。之后，以這種速率執(zhí)行600個(gè)步進(jìn)，并且最后200個(gè)步進(jìn)執(zhí)行完全部減速過(guò)程。