如何使用脉冲加方向方式对步进电机进行位置的自由控制

总体介绍

对步进电机的控制通常使用PWM控制，改变频率来控制速度，然后统计脉冲个数知道电机当前位置，可以很容易实现加减速规划，或者不考虑加减速平稳性，直接以小于最大启动速度的速度启动，发完给定个脉冲后直接关闭定时器。以上控制方式都没实现对步进电机的位置的自由控制，即让步进电机跟随任意位置曲线运动，此项目是为了实现步进电机的自由控制，能准确定位。可以使用编码器或者电位器作为控制器，用手拧编码器，步进电机可跟随一起运动，也可以按照函数曲线运动。

步进电机驱动

步进电机驱动器有很多种，如A4988、TMC2208等，常用的驱动方式是脉冲加方向，有的高端点的使用can、串口等方式控制。本篇介绍如何使用脉冲加方向方式对步进电机进行位置的自由控制！

控制原理

使用通信协议方式控制步进电机，可周期性同步位置到驱动器，实现位置的自由控制，脉冲加方向方式也可抽象为使用通信协议在与驱动器通信，只不过是使用增量方式在通信，通过对脉冲的累计得到目标位置。

程序使用两个定时器，一个中断频率为1k，用于周期采样目标位置，并计算当前速度，当前速度值用于修改另一个定时器中断频率，所以在第二个定时器中判断目标位置与当前位置的偏差，然后翻转电平，实现对脉冲发送，同时判断方向，对应控制方向控制IO电平。

在其他函数中可给定任意形式的位置变化，根据采样定理，应该位置变化频率不大于500Hz的都能被1k的定时器中断正常采样，由于发送脉冲需要以一定的频率发送，所以第二个定时器频率根据目标位置变化率而改变，可以让速度平滑，也可以减小CPU带宽占用。以此方式可实现对步进电机的自由控制，可使用编码器或函数随意控制电机！

代码分析

此程序可实现对多个步进电机的控制，以下是步进电机类

/*步进电机控制类*/

typedef struct 

{

    volatile unsigned long  *gpio_dir; //电机方向控制GPIO

    volatile unsigned long  *gpio_pluse; //电机脉冲GPIO

    int pluse_count;

    int goal_position;

    int last_position;

    int cur_position;

    int pos_bias;

    int speed;

    uint8_t status;

}stepMotor;

步进电机控制核心函数，由一个简易状态机组成，此函数放上面提到的第二个中断函数执行，先得到当前偏差，状态转换，再发脉冲

void StepMotorCtrl(stepMotor *motor)

{

switch(motor->status)

{

case 0:

if(motor->goal_position != motor->cur_position)  //扫描

{

motor->pos_bias = motor->goal_position - motor->cur_position; //得到偏差

motor->status = 1;

}

break;

case 1:

if(motor->pos_bias > 0)

{

motor->pluse_count ++;

*(motor->gpio_dir) = 1;  //正方向

*(motor->gpio_pluse) = !*(motor->gpio_pluse);

if(motor->pluse_count == (motor->pos_bias * 2))

{

motor->cur_position += motor->pos_bias;

motor->pluse_count = 0;

motor->status = 0;

}

}

else

{

motor->pluse_count ++;

*(motor->gpio_dir) = 0;  //负方向

*(motor->gpio_pluse) = !*(motor->gpio_pluse);

if(motor->pluse_count == ((-motor->pos_bias) * 2))

{

motor->cur_position += motor->pos_bias;

motor->pluse_count = 0;

motor->status = 0;

}

}

break;

default:

break;

}

}

　　审核编辑：汤梓红