在使用基于ARM芯片S3C4510的步进电机加减速控制系统时我们是否充分考虑了现场总线技术的概念呢
随着工业的进步,嵌入式技术得到了广泛的应用和成熟。ARM嵌入式处理器作为一种高性能、低功耗的RISC芯片,支持多种操作系统、主频高、运算能力强,并且兼容8/16位器件,还能带来海量低价的SDRAM数据存储器。这使得它在各行各业获得了青睐,并展现出其强大的功能和巨大的商业价值。尤其是在控制领域,它已被越来越多地用于各种应用中。利用以ARM为内核的嵌入式微处理器进行运动控制系统开发,有着广阔的发展前景。
在一些成本敏感型运动控制系统中,步进电机经常作为执行元件使用。步进电机在这种场合下的最大优势是:可以开环方式控制而无需反馈就能对位置和速度进行精确控制。但正因为负载位置对控制电路没有反馈,步进电机必须正确响应每次励磁变化。如果励磁频率选择不当,电机不能够准确移动到新的位置,那么实际负载位置将与所期待位置出现永久误差,即发生失步或过冲现象。因此,在开环控制系统中,防止失步和过冲是决定该系统是否能够正常运行的问题。
失步和过冲通常发生在启动或停止时。在一般情况下,由于极限启动频率较低,而要求运行速度往往比较高,如果直接以需要速度启动,因为该速度超过了极限启动频率而无法正常启动,就可能导致丢步或者根本无法启动,从而产生堵转问题。而当达到终点后立即停止发送脉冲串,使其立即停止,则由于惯性作用会使转子转到接近终点平衡位置并停留,这便引发了过冲现象。在这样的情况下,加减速变得至关重要,以避免这些不利的情况。
加减速通常采用软件实现,是通过改变输出脉冲时间间隔来完成的。当升速时,将脉冲频率逐渐增加,当降速时则逐渐减少。这一过程可以通过恒加速度算法来实现,该方法既易于操作又效果显著。
为了更好地理解这一过程,我们可以参考图1,它展示了一种典型的加减速曲线。此外,如图2所示,每个Δtm时间段内相邻两个脉冲完成一个旋转,因此阴影部分代表1个完整旋转。
为了实施这一加减速策略,可以设定每个阶段不同的参数,比如最小起始频率f0、最高匀速运行状态中的最大脉络(step)数trans以及整个程序段总共包含多少个(steps)。然后,可以根据这些参数计算出每一步之间应该有多少时间间隔A,以及对于整体来说,每一步应该包含多少个周期f[i]:
a = (Fm - Fm-1) / Δtm;
(Fm + Fm-1) * Δtm / 2 = 1;
从这两条方程,我们可以推导出:
A = ((fmax - f0) * (fmax + f0)) / (2 * trans);
这样,我们就能够确定整个加减速过程中的关键参数,然后利用定时器中断模式对此进行编码。一旦设置好了所有必要值,如起始脉宽、高度限制等,就可开始实施这个策略。在我们的例子中,这涉及到修改定时器装载值以生成指定幅度的小数波形,这些波形再经过逻辑门组合形成最终输出信号给驱动模块,从而影响变换器上的输入信号,最终驱动伺服马达产生力矩或扭矩,从而实现精确角位移量调节。
最后,但并非最不重要的一点要注意的是,不同类型设备在设计上可能存在细微差别,而且还有一些复杂性的因素需要考虑,比如如何优化硬件与软件结合,以提高效率;如何解决交叉口切换问题;如何保证实时性;以及其他诸如此类的问题。此外,对于某些特定的应用场景,其物理特性也会导致一定程度上的调整需求,因此,在实际应用中,要灵活适应不同的需求,同时保持良好的稳定性与可靠性。这就是为什么我们说虽然这个方案看起来简单,但实际上却是一个非常复杂且富有挑战性的工程项目,其中涉及到的知识面相当广泛,也要求参与者具备深厚基础知识并具备丰富经验。