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基于STM32的步進(jìn)電機(jī)精度控制系統(tǒng)研究
郭書軍1，李建國2 2014/3/31 15:58:24
摘要：在分析STM32產(chǎn)生PWM脈沖控制步進(jìn)電機(jī)原理的前提下，提出了一種通過程序按照設(shè)定要求不斷地自動(dòng)改變STM32中TIM預(yù)分頻值的方法，實(shí)現(xiàn)多步進(jìn)電機(jī)同步協(xié)調(diào)工作。通過理論分析和驗(yàn)證，證明該系統(tǒng)能夠滿足所要求的性能指標(biāo)。
關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī)；STM32；精度控制
中圖分類號(hào)：TP211
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
Research on precision control of stepping motor based on STM32
Li Jianguo1, Guo Shujun2
（1. Xuchang Technial School of Economics, Xuchang 461500, China;
2. Department of Information Engineering, North China University of Technology, Beijing 100144, China）
Abstract: On the analysis of the STM32 produce under the premise of PWM pulse control principle of stepper motor，this paper proposes a change automatically by the program in accordance with the requirements for setting continuously in the STM32 TIM pre-assigned frequency value method，realizing the stepper motor synchronous coordination. Through theoretical analysis and experimental validation，the results prove that the system can meet the required performance indicators.
Key words: stepping motor; STM32; precision control
0 引言
步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，如雕刻機(jī)伺服系統(tǒng)、汽車微控制系統(tǒng)等。
雕刻機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)包括雕刻機(jī)控制計(jì)算系統(tǒng)、數(shù)控裝置、主軸控制系統(tǒng)和進(jìn)給控制系統(tǒng)組成。基于STM32雕刻機(jī)控制系統(tǒng)主要由雕刻程序計(jì)算系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)和雕刻軟件組成，用戶通過PC機(jī)上相應(yīng)的相應(yīng)的雕刻軟件根據(jù)設(shè)計(jì)圖樣和刀具自動(dòng)算出刀具的運(yùn)動(dòng)位置即“刀位點(diǎn)”，并將它們寫入雕刻程序。軟件設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)處理器的實(shí)際資源使用情況，讓主控制器承擔(dān)更多的計(jì)算工作，減少上位機(jī)的進(jìn)行譯碼、補(bǔ)刀處理、速度預(yù)處理、插補(bǔ)運(yùn)算，獲得包含X-Y-Z三個(gè)方向配合運(yùn)動(dòng)需要控制字節(jié)的數(shù)據(jù)，即為雕刻數(shù)據(jù)，然后將控制字節(jié)逐個(gè)向打印口輸出，數(shù)控系統(tǒng)從雕刻程序中讀取雕刻數(shù)據(jù)之后自動(dòng)計(jì)算各個(gè)坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)分量，連續(xù)發(fā)送脈沖給電機(jī)，這樣與打印口相連的X-Y-Z三個(gè)方向的步進(jìn)電機(jī)就分別可以得到動(dòng)作信號(hào)，從而在驅(qū)動(dòng)電路的帶動(dòng)下各自的執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，以控制各個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)，最終完成雕刻。如何實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的同步協(xié)調(diào)工作，將是保證雕刻機(jī)工作的關(guān)鍵。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他控制電機(jī)的最大特點(diǎn)是，它是通過輸入脈沖信號(hào)來進(jìn)行控制的，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率決定。如何實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制是解決雕刻能否完成以及雕刻精度的關(guān)鍵。在分析PWM脈沖信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)原理的基礎(chǔ)上，提出了一種控制方法，在啟動(dòng)加速過程中防止了步進(jìn)電機(jī)突然高速運(yùn)行時(shí)失步現(xiàn)象的發(fā)生，減速過程能保證電機(jī)的定位精度，系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)總體方案
步進(jìn)電機(jī)工作過程中，接受來自PC機(jī)的指令，通過STM32主控板將指令轉(zhuǎn)換成控制信號(hào)，流經(jīng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)PLC6045，最終達(dá)到步進(jìn)電機(jī)的高精度控制。
1.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
1.1.1 主控芯片
控制系統(tǒng)主控芯片采用基于ARM公司CortexM3內(nèi)核的ARM處理器STM32F103ZET6。這款A(yù)RM處理器具有很高的性價(jià)比，外設(shè)相當(dāng)豐富，外設(shè)總線上時(shí)鐘頻率可以達(dá)到90MHz，這是目前市面很多ARM9處理器都不能達(dá)到的頻率，這樣高的速度能夠滿足數(shù)控雕刻機(jī)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。這款處理器內(nèi)部集成了512K的Flas（未完，下一頁）
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