步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制電機，是現代數字程序控制系統中的主要執行元件，應用極為廣泛。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。

步進電機是一種感應電機，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時供電的，多相時序控制電流，用這種電流為步進電機供電，步進電機才能正常工作，驅動器就是為步進電機分時供電的，多相時序控制器。

步進電機S型曲線加減速算法與實現

S型曲線的的方程

，在［-5，5］的圖形如下圖所示：

如要將此曲線應用在步進電機的加、減速過程中，需要將方程在XY坐標系進行平移，同時對曲線進行拉升變化：

其中的A分量在y方向進行平移，B分量在y方向進行拉伸，ax+b分量在x方向進行平移和拉伸。

項目中加速過程：從5600Hz加速到64000Hz，采用4細分。輸出比較模塊所用的定時器驅動頻率為10M，采用1000個點進行加速處理。最終根據項目的需要，在加速過程中采用的曲線方程為：

。

其中的Fcurrent為length（1000）個點中的單個頻率值。Fmin起始頻率為5600;Fmax為最大頻率64000;-flexible*（i-num）/num是對S型曲線進行拉伸變化，其中flexible代表S曲線區間（越大代表壓縮的最厲害，中間（x坐標0點周圍）加速度越大；越小越接近勻加速。理想的S曲線的取值為4-6），i是在循環計算過程中的索引，從0開始，num為length/2大小（這樣可以使得S曲線對稱）。在項目中i的區間［0，1000），num=1000/2=500。這些參數均可以修改。提供的計算接口如下。

對應的計算接口code：

/*calculatethePeriodandFreqarrayvalue，fillthePeriodvalueintothePeriodregisterduringtheTImerinterrupt.

*calculatetheacceleraTIonprocedure，atotally1000elementsarray.

*parameterfre［］：pointtothearraythatkeepsthefreqvalue.

*period［］：pointtothearraythatkeepstheTImerperiodvalue.

*len：theprocedureofacceleraTIonlength.itisbestthingtosetthefloatnumber，somecompilesoftwaremaybetransfererrorifsetitasaint

*fre_max：maximumspeed，frequencyvale.

*fre_min：startminimumspeed，frequencyvale.mind：10000000/65535=152，sofre_mincan‘tlessthan152.

*flexible：flexiblevalue.adjusttheScurves

*/

voidCalculateSModelLine（floatfre［］，unsignedshortperiod［］，floatlen，floatfre_max，floatfre_min，floatflexible）

{

inti=0;

floatdeno;

floatmelo;

floatdelt=fre_max-fre_min;

for（;i《len;i++）

{

melo=flexible*（i-len/2）/（len/2）;

deno=1.0/（1+expf（-melo））;//expfisalibraryfunctionofexponential（e）

fre［i］=delt*deno+fre_min;

period［i］=（unsignedshort）（10000000.0/fre［i］）;//10000000isthetimerdriverfrequency

}

return;

}

//startmovemotor

voidStartPWM（）

{

DriverMotorFlag=TRUE;

Index=0;

MOTOR_EN_DISABLE=ENABLE;

OpenOC4（OC_ON|OC_TIMER_MODE16|OC_TIMER3_SRC|OC_PWM_FAULT_PIN_DISABLE，0，0）;

//maprc13tooc4output

RPC13R=11;

//50percentduty

OC4RS=OC_PERIOD_MIN/2;

OpenTimer3（T3_ON|T3_PS_1_8，OC_PERIOD_MIN）;

INTSetVectorPriority（INT_TIMER_3_VECTOR，INT_PRIORITY_LEVEL_6）;

INTSetVectorSubPriority（INT_TIMER_3_VECTOR，INT_SUB_PRIORITY_LEVEL_1）;

EnableIntT3;

}

//stopmotor，hereisnodeceleration

voidStopPWM（）

{

DriverMotorFlag=FALSE;

Index=0;

MOTOR_EN_DISABLE=DISENABLE;

OpenOC4（OC_OFF|OC_TIMER_MODE16|OC_TIMER3_SRC|OC_PWM_FAULT_PIN_DISABLE，0，0）;

//maprc13tooc4output

RPC13R=0;

PORTCbits.RC13=0;

CloseTimer3（）;

DisableIntT3;

}

//changethetimerPeriodvalueinthecorrespondtimerratherthantheotherplace，Orthemotorwillbestalledoccasionally.

//剛開始我在另外的一個定時器中斷中每隔1ms改變應用在OC模塊的timer3的Period值，結構偶發的造成電機在加速過程中堵轉。其實應該是在timer3的中斷中修改。

staticunsignedshortCountForAcc=0;

void__ISR（_TIMER_3_VECTOR，ipl6）Timer3OutHandler（void）

{

//cleartheinterruptflag，ortheinterruptwillnotoccuragain.

mT3ClearIntFlag（）;

if（CountForAcc++》2）//herecanadjustthetotallytimeofacceleration

{

CountForAcc=0;

//if（DriverMotorFlag==TRUE&&PR3》OC_PERIOD_MAX+SPEED_STEP）

if（DriverMotorFlag==TRUE&&Index《ACC_TIMES）

{

PR3=Period［Index++］;

OC4RS=PR3/2;

}

}

}

通過CalculateSModelLine接口得到如下不同的幾條加速曲線：

黃色：CalculateSModelLine（Freq，Period，1000，56000，16000，4）;

橙色：CalculateSModelLine（Freq，Period，1000，64000，500，8）;

藍色：CalculateSModelLine（Freq，Period，1000，64000，500，15）;

灰色：CalculateSModelLine（Freq，Period，1000，40000，500，5）;

最后可以估算加速過程的時間和角位移，以橙色曲線為例：CalculateSModelLine（Freq，Period，1000，64000，500，8）為例（假設在中斷中沒有if（CountForAcc++》2）條件限制）：

時間：Period第一個點的值為10000000/500=20000，最后也點的值10000000/64000=156，平均值為10000左右，timer中斷的平均時間Tn=10000/10000000=1ms，1000個點，總時間為1s，當然，起始頻率大加速時間就越短，比如Fmin=16000Hz，Fmax=64000，則40ms左右即可完成加速過程。

角位移：1.8（單步）*1000（步數）/4（細分）=450°

上述為加速過程，減速同樣的道理，只要將方程改為：

可以得到減速曲線如下所示：