在一些控制簡(jiǎn)單或要求低成本的運動(dòng)控制系統中，經(jīng)常用步進(jìn)電機做執行元件。步進(jìn)電機在這種應用場(chǎng)合下最大的優(yōu)勢是：可以開(kāi)環(huán)方式控制而無(wú)需反饋就能對位置和速度進(jìn)行控制。但也正是因為負載位置對控制電路沒(méi)有反饋，步進(jìn)電機就必須正確響應每次勵磁變化。如果勵磁頻率選擇不當，電機不能夠移到新的位置，那么實(shí)際的負載位置相對控制器所期待的位置出現永久誤差，即發(fā)生失步現象或過(guò)沖現象。因此步進(jìn)電機開(kāi)環(huán)控制系統中，如何防止失步和過(guò)沖是開(kāi)環(huán)控制系統能否正常運行的關(guān)鍵。

　　

失步和過(guò)沖現象分別出現在步進(jìn)電機啟動(dòng)和停止的時(shí)候。一般情況下，系統的極限啟動(dòng)頻率比較低，而要求的運行速度往往比較高。如果系統以要求的運行速度直接啟動(dòng)，因為該速度已超過(guò)極限啟動(dòng)頻率而不能正常啟動(dòng)，輕則可能發(fā)生丟步，重則根本不能啟動(dòng)，產(chǎn)生堵轉。系統運行起來(lái)以后，如果達到終點(diǎn)時(shí)立即停止發(fā)送脈沖串，令其立即停止，則由于系統慣性作用，電機轉子會(huì )轉過(guò)平衡位置，如果負載的慣性很大，會(huì )使步進(jìn)電機轉子轉到接近終點(diǎn)平衡位置的下一個(gè)平衡位置，并在該位置停下。

　　

為了克服失步和過(guò)沖現象，應在步進(jìn)電機啟停時(shí)進(jìn)行如圖1所示的升降速控制。

 

從圖1可以看出，L2段為恒速運行，L1段為升頻，L3段為降頻，按照“失步”的定義，如果在L1及L3段上升及下降的控制頻率變化大于步進(jìn)電機的響應頻率變化，步進(jìn)電機就會(huì )失步，失步會(huì )導致步進(jìn)電機停轉，經(jīng)常會(huì )影響系統的正常工作，因此，在步進(jìn)電機變速運行中，必須進(jìn)行正確的升降速控制。

　　

以下按不同的控制單元，介紹幾種常用的步進(jìn)電機升降速控制方法。

　　

　　

MPC01系列運動(dòng)控制卡可以作為PC機運動(dòng)控制系統的核心控制單元?？ㄉ系膶?zhuān)用運動(dòng)控制芯片可自動(dòng)進(jìn)行升降速計算。其運動(dòng)控制函數庫中也有專(zhuān)門(mén)進(jìn)行梯形升降速運動(dòng)參數設置的函數——set_profile(intch,doublels,doublehs,doubleaccel)。其參數定義如下：

　　

ch:設定的軸號。

　　

ls:設定低速（起始速度）的值。單位為pps（脈沖/秒）

　　

hs:設定高速（恒速段）的值。單位為pps（脈沖/秒）

　　

accel：設定加速度大小。單位為ppss（脈沖/秒/秒）

　　

用戶(hù)在調用運動(dòng)指令函數時(shí)，只需指定總的脈沖數，運動(dòng)控制卡上的專(zhuān)用運動(dòng)控制芯片便按照set_profile函數設置的運動(dòng)參數自動(dòng)進(jìn)行升降速計算，而不會(huì )占用PC機的CPU資源。

　　

松下FP0系列PLC具有專(zhuān)用的運動(dòng)控制指令，其CPU單元可自動(dòng)進(jìn)行圖1所示的升降速計算。和MPC01系列運動(dòng)控制卡相似，用戶(hù)只需設置梯形速度的初速度ls、恒速hs、加速時(shí)間t和所需發(fā)的脈沖數P。運行此程序段，當PLC檢測到輸入端X2的一個(gè)上跳變時(shí)，便自動(dòng)執行如圖1所示的升降速脈沖輸出功能。

　　

　　

采用微機對步進(jìn)電機進(jìn)行加減速控制，實(shí)際上就是改變輸出脈沖的時(shí)間間隔，升速時(shí)使脈沖串逐漸加密，減速時(shí)使脈沖串逐漸稀疏。采用定時(shí)器中斷方式控制電機變速時(shí)，實(shí)際上是不斷改變定時(shí)器裝載值的大小。

　　

單片機在控制電機加減速的過(guò)程中，一般用離散方法逼近理想的升降速曲線(xiàn)。加減速的斜率在直線(xiàn)加速過(guò)程中，速度不是連續變化，而是按分檔階段變化，為與要求的升速斜率相逼近，必須確定每個(gè)臺階上的運行時(shí)間，見(jiàn)圖3。時(shí)間Δt越小，升速越快，反之越慢。Δt的大小可由理論或實(shí)驗確定，以升速最快而又不失步為原則。每個(gè)臺階的運行步數為為Ns=fsΔt=sΔN，反映了每個(gè)速度臺階運行步數與當前速度s之間的關(guān)系，程序執行過(guò)程中，每次速度升一檔，都要計算這個(gè)臺階應走的步數，然后以遞減方式檢查，當減至零時(shí)，該檔速度運行完畢，升入又一檔速度。

　　

電機在升速過(guò)程中，對升速總步數進(jìn)行遞減操作，當減至零時(shí)升速過(guò)程結束，轉入勻速運轉過(guò)程。減速過(guò)程的規律與升速過(guò)程相同，只是按相反的順序進(jìn)行。在步進(jìn)電機的啟停過(guò)程中，根據控制系統的具體特點(diǎn)，采用上述三種升降速控制方式之一，都可以避免電機失步或過(guò)沖，達到比較精確的控制。