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1、本科毕业论文（设计）专用稿纸毕业设计/论文课题名称 基于DSP的直线步进电机控制系统 的设计 院 系 机电与自动化学院 专业班级 自动化1201班 学生姓名 王笑琴 武昌首义学院基于DSP的直线步进电机控制系统的设计摘要 本文在直线步进电机的基本结构、原理与特性的基础上，着重分析两相混合式直线步进电机的结构、磁链及工作原理。根据两相混合式直线步进电机绕组的通电特点和脉冲步进控制方法，采用以DSP为核心的控制单元，以具有细分功能的两相步进电机驱动专用芯片A3977SED作为功率驱动器件，对两相混合式直线步迸电机提出了总体控制方案，并分别就控制系统技术方案、硬件电路、控制软件设计等技术内容进行了详
2、细的分析和研究。本设计以典型电机微控制器TMS320F28xx芯片为控制核心，采用反馈和开环控制相结合方式。阐述了如何利用TMS320F28xx实现电机转向、速度控制，具有较好的运行效果，可获得近似于伺服电机的性能，具有较高的性价比。关键词：直线步进电机；DSP；控制系统；TMS320F28xx Modern Design of linear stepper motor control system based on DSPAbstractOn the basis of the basic structure, principle and characteristic of linear st
3、epping motor, the structure, flux and working principle of the two phase hybrid linear stepping motor are analyzed.According to the two phase hybrid linear step into the motor winding energized characteristics and pulse step control method, with DSP as the core control unit, to two-phase step with a
4、 functional subdivision of the stepping motor drive IC A3977SED as a power drive part, the two-phase hybrid linear stepping motor proposed overall control scheme and control system technology, hardware circuit and control software design were analyzed and studied in detail by using.This design takes
5、 the typical motor micro controller TMS320F28xx chip as the control core, uses the feedback and the open loop control combination way. This paper describes how to use TMS320F28xx to achieve the motor steering and speed control, and has a good running effect. It can obtain the performance of the serv
6、o motor and has a high performance price ratio.Key words: linear stepper motor; DSP; control system; TMS320F28xx- 19 -目 录1 绪论.11.1 直线步进电机的特点及控制方式.11.2.1 直线步进电机的特点.11.2.2 直线步进电机控制系统的实现.12 两相混合式直线步进电机原理.32.1 直线步进电机简介.32.2 直线步进电机的结构及其工作原理.32.3 直线步进电机驱动电路原理分析.53 直线步进电机控制系统硬件设计.63.1 控制系统硬件组成.63.2 控制器.63.
7、3 TMS320F28xx概述.73.4 驱动器.83.5 总体设计.113.6 硬件组成.114 直线步进电机控制系统软件设计.134.1 PWM脉冲序列的产生.134.2 步进电机的控制.134.3 程序设计.145 总结.20主要参考文献.21致 谢.22绪 论1 直线步进电机的特点及控制方式1.1 直线步进电机的特点 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制器件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的，可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频
8、率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 直线步进电机，是一种将输入的电脉冲信号转换成微步直线运动驱动装置。当这种电机外加一个电脉冲时，就会直线地运动一步并准确地锁定在所希望的位置上。因为其运动形式是直线步进的，因而称为直线步进电动机。直线步进电动机可广泛地应用于各种精密设备，如自动绘图仪、计算机设备、智能仪器仪表、机器人、电子设备及各种自动化检测、控制等领域当中。1.2 直线步进电机控制系统的实现 现阶段直线步进电机的控制方式主要有：基于MCU的控制系统、基于DSP的控制系统、基于ASIC的控制系统。1.2.1 基于MCU的控制系统 现在普遍采用MCU作为电动机的控制器。MCU作
9、为电动机的控制器使电路更简单，可以实现较复杂的控制。MCU的控制方式是由软件完成，灵活性、适应性比较好。数字控制不会出现模拟电路中经常出现的零点漂移问题，控制精度高。还可以具备人机界面，多机联网工作等特点。MCU介于IPC和PLC之间，它有较强的控制功能、低廉的成本，因此性价比较高。1.2.2 基于DSP的控制系统由于超大规模集成电路技术的迅速发展，DSP(数字信号处理器）技术在电机控制领域得到广泛应用。美国的TI和AD公司都已经研制以DSP为内核的集成电动机控制芯片，这些芯片不仅具有高速信号处理能力和数字控制功能，而且还有为电动机控制应用所必需的外围功能。在电动机控制系统中采用电动机专用的D
10、SP，不但可以实现如矢量控制、直接转距控制这样的控制算法，而且也有条件完成现代控制理论或智能控制理论的一些复杂算法，如自适应算法、神经网络算法等。本设计采用TMS320F28xx系列DSP芯片具有高速的数字信号能力和专为电机控制而设计的结构。使得高实时性要求和复杂算法在电机控制中实现成为可能。2 两相混合式直线步进电机原理2.1 直线步进电机简介 近年来，随着科技方面取得的长足发展，为直线电机的应用奠定了扎实的基础。各种新型控制元器件的出现，以及材料技术的飞速发展为直线电机的应用更是锦上添花。直线步进电机的原理和旋转步进电机一样，与直流电机和异步电机不同，加给直线步进电机的电流是脉冲电。对直线
11、步进电机的控制，其最核心的地方就是脉冲频率和占空比的控制，我们可以由数字控制器来得到占空比合适的电脉冲。直线步进电机的角位移以输入脉冲数严格的成正比，因此，当它转一转后，没有累计误差，具有良好的跟随性。由直线步进电机与驱动电路组成的开环数控系统，即非常简单、廉价，又非常可靠。同时，它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统。直线步进电机的动态响应快，易于启停、正反转及变速。它的速度可在相当宽的范围内平滑调节，低速下仍能保证获得大转矩，因此，一般可以不用减速器而直接驱动负载2.2 直线步进电机的结构及其工作原理直线步进电机大致可归纳为两大类型：一类是反应式直线步进电机，另一类是混合式直线步进
12、电机。本文选取了两相混合式直线步进电机进行讨论研究，其结构如图2-1所示，基本结构由定子、动子及线圈组成。定子由开有等距齿槽的叠片铁心组成，动子由永久磁铁和电磁铁EMA与EMB组成。电磁铁EMA上安放绕组A，具有1和2两个磁极，电磁铁EMB上安放绕组B，具有3和4两个磁极，4个磁极上有儿个齿，且定子和动子齿距相等。磁场是由永久磁铁和绕组电流共同产生的。当电磁铁没有电流时，永久磁铁向所有的磁极提供了/2的常值磁通(是永久磁铁提供的总磁通)，此时，动子上没有水平推力，动子可以稳定在任何位置上。随着各相控制绕组中的电流发生变化，使得各极下的磁场位置发生变化，因而带动步进电机动子产生直线步进运动。图2
13、-1 两相混合式直线步进电机结构示意图如果让线圈A通入余弦电流，同时让线圈B通入正弦电流(如图2-2中虚线所示)，则在。0-/2范围内，线圈B中的电流从零逐渐增大到最大值，使得极4下的磁通由/2逐渐增大到最大值，而极3下的磁通逐渐由/2下降到零。同时极1的磁通随着下降而下降，配合线圈B使动子平滑均匀地移动。由于磁通具有通过磁阻最小路径的原理，所以电流由大到小交变一次，动子就移动1个齿距。 当A相电流由最大值下降到零，B相电流由零上升到最大值时，动子移动了1/4齿距。如果在A相电流由最大值下降的同时，B相电流由零开始上升，当它们的值达到相等时，则动子对应地正好移过1/8齿距。如果将上述A相和B相
14、的正、余弦电流每个周期都用40个等宽不等幅的脉冲代替(见图2-3)，则每个脉冲的宽度为(电角度)，对于每个脉冲，步进电机就会相对于原位置移动1/40齿距，此时步距为1/40齿距，可见电机的步距分辨率比原来提高了10倍。这种控制步进电机工作的方法就是细分技术，利用细分技术可以实现更高的分辨率和精确的定位。图2-2 两相同时通电时的电流波形图2-3 用脉冲群逼近正余弦曲线2.3 直线步进电机驱动电路原理分析 从混合式直线步进电动机的工作原理得知，混合式直线步进电动机需要一个双极性控制电源，下面简单介绍一下，一种比较典型的晶体管桥式双极性驱动电路，如图2-4所示。 根据所需要的电流极性，成对的开关三
15、级管对相绕组的正向励磁，就要接通三极管V1和V4，以便电流路径由电源通过三极管Vl到相绕组及限流电阻R,然后经过三极管V4回到电源。在相反的情况下，接通三极管V2和V3，以便电流朝相绕组相反的方向流动。在桥中的四个开关三极管需要独立的基极驱动器来放大这两种(正的和负的)相控制信号，这信号要通过光电隔离管来传递。图2-4中四个二极管的桥，它们相反地并联在开关三极管上，以提供续流回路，图2-4中虚线说明在打开三极管V1和V4后，瞬时续流经过二极管V6和V7的路径情况。这续流路径包括直流电源在内，因此某些储存在相绕组电感中的能量，在打开开关时，被返回到电源。由这引起改善整个系统效率的效果表明双极性桥
16、式驱动电路胜过单极性驱动。在双极性驱动电路中，续流比单极性驱动电路衰减更迅速，因为直流电源反对它们，因此，在双极性电路中不需要续流电阻。图2-4 晶体管桥式双极性驱动电路3 直线步进电机控制系统硬件设计3.1控制系统硬件组成 本控制系统由控制器，直线步进电机驱动器，直线步进电机、负载、和光电码盘等组成，控制系统基本组成见图3-1。 控制器送给驱动器一定频率和个数的脉冲，驱动器接收脉冲信息和方向信号，码盘反馈位置信息给控制器，步进电机为两相混合式直线步进电机。由于步进电机属于数字脉冲驱动型，一个脉冲走一步，通过脉冲的个数可以确定其位置，通过脉冲的频率可以控制转速。但如果控制做的不好，容易导致失步
17、甚至堵转，例如当负载的速度跟不上脉冲的频率时，就会失步。当开环系统发生失步时，控制器并不知道系统已失步，此时如果有位置反馈及时纠错，同时修正系统的加减速控制，就可以使系统继续正常的工作，这样提高系统的精度，同时也避免了堵转现象的发生。图3-1 控制系统基本组成图3.2 控制器 控制器用于完成微机伺服命令解释，在位置反馈下实现步进电机的精确控制， 主要包括：微机通讯接口、码盘接口、码盘信号处理、驱动电机接口、TMS320F28xx、电源等，其中控制主板接口全部采用光电隔离措施，控制器原理框图见图3-2所示。 图3-2 控制器原理框图其中，DSP作为核心处理器实现各种外围功能和核心算法，FPGA配
18、合DSP实现加减速控制，输出脉冲信号给驱动器。编码器的正交信号可以直接送给DSP的码盘接口由DSP计数，也可送给FPGA进行计数，然后由DSP读取，进而减轻DSP的负担，本系统的编码器线数为3600线，4倍频后是14400，小于DSP内部编码器期寄存器的计数范围，所以本系统直接采用DSP自带编码器器接口实现码盘位置信息的采集。3.2.1 TMS320F28xx概述TMS320F28xx DSP是TI公司新推出的一款浮点型数字信号处理器，它在已有的DSP平台上增加了浮点运算内核，既保持了原有DSP芯片的优点，又能够执行复杂的浮点运算，可以节省代码执行时间和存储空间，具有精度高、成本低、功耗小、外
19、设集成度高，数据及程序在储量大和AD转换更精确快速等优点。TMS320F28xx具有150MHz的高速处理能力，具备32位浮点处理单元，6个DMA通道支持ADC、McBSP和EMIF，有多达18路的PWM输出，其中有6路为TI特有的更高精度的PWM（HRPWM），12位16通道ADC。得益于其浮点运算单元，用户可快速编写控制算法而无需在处理小数操作上耗费过多的时间和精力，与前代DSP相比，平均性能提高50，并与定点C28X控制器软件兼容，从而简化软件开发，缩短开发周期，降低开发成本。具有密码保护机制，可兼顾控制和快速运算的双重功能。通过对其进行合理的系统配置和编程可实现快速运算。功能框图如图3
20、-3所示。其主要资源和性能指标如下：1)高性能静态CMOS技术，主频最高可达150MHz（时钟周期6.67ns）,低功耗，1.8V核电压和3.3V I/O电压供电。2)支持JTAGB边界扫描。3)32位高性能CPU，可实现3232位或1616位乘法累加，哈佛总线结构，与TMS320F24x/LF240x DSP源代码兼容。4)片上内存丰富，含有128K16bits可加密FLASH，18K16bitsSARAM。5)外部接口可达1M16bits的存储器，可编程等待周期，三个独立的片选信号。6)片上集成了16个通道的12位A/D接口，最小转换时间80ns，可灵活设置采样方式。7)看门狗定时器模块，
21、支持锁相环模块PLL比率动态改变。8)中断资源丰富，可支持96个外设计中断和3个外部中断，提取中断向量和保存现场只需9个时钟周期，响应速度快。9)通用输入/输出多路复用器（GPIO）拥有多达56个I/O口。10)片内功能丰富：两个时间管理模块（EV），包括4路16位时间定时器，12路PWM输出通道及6路光电码盘接口；2路串行通信接口（SCI）以及1路多通道缓冲串行接口（McBSP）和1路eCAN总线模块。图3-3 TMS320F28xx功能框图3.3 驱动器 驱动器主要包括环形分配器和功率放大器。驱动器基本框图如3-4。各部分原理分析如下：图3-4 驱动基本框图3.3.1脉冲信号产生脉冲信号一
22、般由MCU或CPU产生，一般脉冲信号的占空比为0.3-0.4左右，电机转速越高，占空比则越大。3.3.2信号分配 我们选用二相电机为主，二相电机工作方式有二相四拍和二相八拍二种，具体分配如 下：二相四拍有A-B-/A-/B和,步距角为1.8度；二相八拍为 ,步距角为0.9度。四相电机工作方式也有二种，四相四拍为AB-BC-CD-DA-AB,步距角为1.8度；四相八拍为AB-B-BC-C-CD-D-DA,(步距角为0.9度）。信号分配可以直接通过DSP产生，但为了减小DSP的负担，我们通过ASIC实现信号的环形分配。图3-5 驱动励磁通电图3.3.3功率放大 功率放大是驱动系统最为重要的部分。步
23、进电机在一定转速下的转矩取决于它的动态平均电流而非静态电流（而样本上的电流均为静态电流）。平均电流越大电机力矩越大，要达到平均电流大这就需要驱动系统尽量克服电机的反电势。因而不同的场合采取不同的的驱动方式，到目前为止，驱动方式一般有以下几种：恒压、恒压串电阻、高低压驱动、恒流、细分数等。经上面的精度分析，步进电机在半步0.9度，在加上减速比i，i=10 时步距角可以达到0.09度，i=60时理论上可以达到更高。所以，可以不采用细分控制，这样有很多专用的步进电机驱动芯片可用例如：L297和L298,PBL37770A,PM8713等。包含8细分功能的驱动芯片也有几款可用，例如 ALLEGRO公司
24、的A3955SB，AS796，MTD2005，SAA1042，UC3770是可实现8细分的步进电机集成驱动芯片。3.3.4细分驱动在步进电机步距角不能满足使用的条件下，可采用细分驱动器来驱动步进电机，细分驱动器的原理是通过改变相邻（A，B）电流的大小，以改变合成磁场的夹角来控制步进电机运转的。图3-6 合成磁场示意图为尽量提高电机的动态性能和模块化，将信号分配、功率放大组成步进电机的驱动电源。与控制器接口光电隔离。步进电机一经定型，其性能取决于电机的驱动电源。步进电机转速越高，力距越大则要求电机的电流越大，驱动电源的电压越高。电压对力矩影响如下：图3-7 力矩-速度3.4总体设计采用电机微控制
25、器TMS320F28xx芯片根据控制算法输出一个特定的PWM脉冲序列，该脉冲序列经由特定的步进电机驱动器实现对高精度的步进电机的控制，通过控制算法调节电机的运行状态和运行速度并送上位机实时显示。3.5硬件组成本控制系统中主要硬件：TMS320F28xx芯片；位置传感器选用3600线增量式光电编码器； 控制系统中所选步进电机为：两相混合式步进电机，步距角 0.9度/1.8度，驱动电压选24v。从理论上讲，步进电机的驱动方式只需要通过循环改变定子线圈励磁就能实现，但是由于电机对电路驱动能力要求高，故本系统采用外接驱动芯片A3977。A3977细分驱动器采用高性能的专用微步距电脑控制芯片，其含内置转
26、换器的完整的微步电动机驱动器。只需在一个步进输入一个脉冲即可驱动电动机进行一个步进，通过两个逻辑输入确定所处的全、半、1/4或1/8步进模式。其内部同步整流控制电路用来改善脉宽调制（PWM）操作时的功率消耗，并且该芯片可以自动地控制其PWM操作在快、慢及混合衰减模式。本驱动芯片设置为全步模式，其采用共阴接法en使能，dir控制方向，step信号接收脉冲信号，信号的频率决定转速，脉冲的个数控制电机的步进距离。系统的总体硬件图如图3-8所示。图3-8 系统总体硬件设计图4 直线步进电机控制系统软件设计4.1PWM脉冲序列的产生 PWM是利用微处理器的数字输出对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，
27、广泛应用在测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。简而言之，PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号产生就是电流调整过程，通过产生和调节一系列的控制脉冲来控制逆变开关管的导通角，从而调整输出电流平均值，达到转速控制目的。本系统采用DSP28xx共12路16位的ePWM，能进行频率和占空比控制。PWM信号频率由时基周期寄存器TBPDR和时基计数器的计数模式决定。初始化程序采用的计数模式为递增计数模式。在递增计数模式下，时基计数器从零开始增加，直到达到周期寄存器值（TBPDR），然后时基计数器复位到零
28、，再次开始增加。PWM信号周期与频率的计算如下： TBCLK=SYSCLKOUT/(HSPCLKDIVCLKDIV): (1)Tpwm=（TBPRD+1）*Ttbclk: (2)Fpwm=1/（Tpwm） (3)其初设置程序流程图如图4-1所示。初始化函数初始化IO口设置EPWM2B输出PWM脉冲设置TBPRD完成计数周期改变计数频率设置增计数模式初始化其他变量设置占空比进行反转设置图4-1 程序流程图4.2步进电机的控制步进电机的输入信号包括步进脉冲信号和方向电平信号。每接收一个脉冲信号CP，驱动步进电机旋转一个步距角，步进电机的转速与CP的频率成正比，CP的脉冲个数决定了步进电机旋转的角度
29、。电机的转动方向由DIR信号决定。在步进电机控制系统中，通过实验发现，如果CP信号变化太快，这时就会产生堵转和丢步现象。所以直接按最高运行速度启动将产生丢步或根本不能运行的情况，而对于正在快速运行的步进电机，若在到达终点附近，立即停发脉冲，令其立即锁定，也很难实现。由于旋转系统的惯性，会发生冲过终点的现象。 因此步进电机在启动时，必须有一个升速过程，同样在停止时也必须有一个减速的过程。升速过程由突跳频率加升速曲线组成（减速过程则反之）。所谓突跳频率是指步进电机在静止状态时突然施加的脉冲启动频率f0,此频率不可太大，否则也会产生堵转和丢步。因此，在控制过程中，运行速度要有一个加速高恒速减速停止的
30、过程。步进电机的加减速控制有多种形式，常用的有按指数曲线和按匀加减速直线规律安排加减速。直线加减速平稳性较好，适用在速度变化范围较大的快速定位中，编程实现简单。理想的升速曲线一般为指数曲线，但是实现起来比较繁琐。步进电机整个降速过程的频率变化规律是整个升速过程频率变化规律的逆过程。所选定的这种曲线比较符合步进电机升降的运行规律。能充分利用步进电机的有效转矩，快速响应性好，缩短了升降速的时间，并可防止失步和过冲现象。4.3程序设计4.3.1无反馈控制模式 这样对步进电机的升降频控制就显得格外重要，这也成了本设计的一个难点。根据步进电动机变速过程动力学特性，以指数曲线前段规律作为前后沿的近似梯形确
31、定的升降频特性，既能保证步进电机运行过程不会失步，又充分发挥了步进电动机的固有性能，使升频过程达到时间最短要求。 升降频控制算法的实现通常是将其离散化，即将其转换为脉冲时间间隔对脉冲个数的函数，另一种方法是按升降频过程所走过的脉冲步数定步中断来变频。但是离散化方法既会引起频率突跳和失步，又要进行复杂的迭代运算，而定步法同样需要进行迭代。这两种方法在DSP上不易实现，灵活性较差。为此本文研究一种可称为定时的方法。 设最高运行频率为fh（电机恒速段的速度），升频段总时间为ts。则根据步进电动机指数型升频过程的频率时间关系： F（t）=fM -(fM-fb)*exp(-t/T) (1)式中fb为步进
32、电机气动频率；fM为极限运行频率；T为驱动系统时间常数则有： fh=f(ts)=fM-(fM-fb) *exp(-ts/T)从而得到： ts=T*ln(fM-fb)/ (fM-fh) (2)将ts等分为N段，得到各段时间为：ta=ts/N则第i个等分段ta内脉冲切换频率和要送出的脉冲数分别为： Fi-f(i*ta)=fM-(fM-fb)*exp(-i*ta /T) (3) Xi=ta*fi (4)故升频段的总步数为：P= X0+ X1+ XN-1 (5)将脉冲间隔1/ fi转换为DSP内部32位定时器的时间常数Ki。转换关系式为： Ki=f_DSP/fi,i=0,1,2, , N-1 (6)由
33、于降频段特性变化规律与升频段相反，可知降频序列是升频序列的逆序列。 电机在恒速步进阶段，以fh的换相频率步进。因此对应的定时器时间常数为： KN=f_DSP/fh (7)恒速段总步数为：X_h=X_total-2*P (8)式中X_total为步进电机运动的总步数。电机运行前，由主程序计算出升频段和恒速段定时器时间常数序列Ki（i=0,1,2, , N-1），存放于DSP的4k的SARAM中，形成一个K-P升速表格。当电机运行时，在线查表，用取出的Ki设置DSP的PWM中的周期寄存器的值，从而不断改变PWM波形的周期，实现对电机速度的调节。根据升速、降速和高频恒速，决定升速表地址指针增1、减1
34、或不变。通过这种定时的方法，一方面提高了系统的灵活性，可根据输入的最高频、起动频率等参数改变升降速表，另一方面升降速表的求取不占用运行时间，从而提高了运行效率。步进电机控制模块的部分程序代码如下：/主循环，一直循环While(1) FindAddr();/一直循环读取地址信息，直到地址正确/读入电机转动的方向：1.顺时针方向转；否则，逆时针方向转Direction=_getkey()；/读入电机转动的速度Speed=_getkey()；If(Direction=1)P1_1=0；/方向：顺时针elseP1_1=1；/方向：逆时针for(j=0；jSteps；j+)P1_0=!P1_0:/一个上
35、升沿/延时（为了控制速度而使用的空循环）for(i=0；jSpeed；i+)P1_0=!P1_0:/一个下降沿for(i=0；jSpeed；i+)/检查转动过程中是否收到字母qCharacter=SBUF；RI=0:/如果收到字母q，则停止if(Character=q)break；Printf(“ld”,j)；/返回实际转动的步数；break；4.3.2速度反馈模式 对于步进电机系统，在没有失步和堵转的情况下，可以不采用速度反馈。而这些要求在实际中往往难以保证。为提高系统的适应性，抗干扰性，防止在失步或堵转时出现的啸叫声音，同时使系统可以继续运转，可采用速度反馈。 速度反馈的实现有两种方案：码
36、盘位置的差分处理 和 PWM中断中的同步检测。码盘位置差分处理。采用定时器的定时采集位置数据，并取差，计算出速度。并与指令速度作比较，然后做相应的处理。PWM中断中位置同步检测中断一次，负载应走一步。计算中断次数和码盘的的位置差值，判断是否失步或堵转。在失步情况下，减速处理，在堵转情况下，马上停止。同时置故障标志，并上传。 速度曲线， 包含升速曲线和降速曲线，可以采取直线升速，但影响的快速性。比较来说，指数曲线是理想的速度曲线，与电机的电磁转速转矩特性相适应。假设曲线分100段，最高速为15000P/s, 以伺服系统的步距角为单位。指数曲线：EXP(-n/50)升速曲线：R=15000*(1-
37、EXP(-n/50)降速曲线：R=15000*EXP(-n/50)图4-2 指数速度曲线 经过理论和试验分析，升速曲线性能可以，但降速曲线在高速时的降速加速度较大，而电机在高速时的力矩输入较小，此时速度较高时容易出现失步的现象，所以把降速曲线设计为升速曲线的逆转过程，经过试验证明效果很好。另外因从静止升速时指数曲线的的加速度较大，可以增加在低速阶段的运行时间以防止失步，同时也减小了停止时的过冲作用。指数曲线生成函数：void produce_curve(Uint16* PU,Uint16* PD,Uint16 Fz,float T,Uint16 Nfactor) /T: 指数曲线间隔取样时间，
38、 s 单位 Uint16 n=0; /float T=0.02;/nT=0-0.1-0.2-0.3.-3 Uint16 Fzbuf=0; float fbuf=0; float T0=0.001818;/1/550 fbuf=Fz; Fzbuf=fbuf/(1-EXP(100,T); for(n=0;n9;n+) PU2*n=Fzbuf * (1-EXP(n+1,T0); PU2*n+1=T * PU2*n* 0.5* Nfactor ;/0.8 for(n=0;n100;n+) PU2*(n+9)=Fzbuf * (1-EXP(n+1,T); if(n20) PU2*(n+9)+1=T * PU2*(n+9)*0.5* Nfactor ;/0.8 else PU2*(n+9)+1=T * PU2*(n+9)*0.5* Nfactor ; for(n=0;n109;n+) /PD2*n=Fz * EXP(n,T); /PD2*n+1=T * PD2*n*0.3; PD2*n=PU2*(108-n); PD2*n+1=PU2*(108-n)+1; 速度查找函数：Uint16 curve_index(Uint16* Pcurve,Uint16 Fre,Uint16 updown) Uint16 n=0; if(updown=speed_up) for(n=0;n