隨著工業(yè)的發(fā)展,嵌入式技術(shù)應(yīng)用日益廣泛和成熟。ARM嵌入式處理器作為一種32位高性能、低功耗的RISC芯片，支持多種操作系統(tǒng)、主頻高、運算處理能力強(qiáng)，并可兼容8/16位器件，還能帶海量低價的SDRAM數(shù)據(jù)存儲器。得到各行各業(yè)的青睞，已經(jīng)顯示出強(qiáng)大的功能和巨大的商業(yè)價值。尤其在控制領(lǐng)域獲得了越來越為廣泛的應(yīng)用。利用以ARM為內(nèi)核的嵌入式微處理器進(jìn)行運動控制系統(tǒng)的開發(fā)，有著廣闊的發(fā)展空間。 在一些要求低成本的運動控制系統(tǒng)中，經(jīng)常用步進(jìn)電機(jī)做執(zhí)行元件。步進(jìn)電機(jī)在這種應(yīng)用場合下最大的優(yōu)勢是:可以開環(huán)方式控制而無需反饋就能對位置和速度進(jìn)行控制。但也正是因為負(fù)載位置對控制電路沒有反饋，步進(jìn)電機(jī)就必須正確響應(yīng)每次勵磁變化。如果勵磁頻率選擇不當(dāng)，電機(jī)不能夠移到新的位置，那么實際的負(fù)載位置相對控制器所期待的位置出現(xiàn)永久誤差，即發(fā)生失步現(xiàn)象或過沖現(xiàn)象。因此步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)中，如何防止失步和過沖是開環(huán)控制系統(tǒng)能否正常運行的關(guān)鍵。 步進(jìn)電機(jī)加減速控制原理 失步和過沖現(xiàn)象分別出現(xiàn)在步進(jìn)電機(jī)啟動和停止的時候。一般情況下，系統(tǒng)的極限啟動頻率比較低，而要求的運行速度往往比較高。如果系統(tǒng)以要求的運行速度直接啟動，因為該速度已超過極限啟動頻率而不能正常啟動，輕則可能發(fā)生丟步，重則根本不能啟動，產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)。系統(tǒng)運行起來以后，如果達(dá)到終點時立即停止發(fā)送脈沖串，令其立即停止，則由于系統(tǒng)慣性作用，會使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到接近終點平衡位置的下一個平衡位置，并在該位置停下，從而產(chǎn)生過沖現(xiàn)象。因此，在步進(jìn)電機(jī)啟動或停止時就需要進(jìn)行加、減速控制。加減速控制多采用軟件來實現(xiàn)，分為加速、勻速和減速三個階段。其控制曲線如圖1所示。 加減速控制方法 采用微處理器對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行加減速控制，實際上就是改變輸出脈沖的時間間隔，升速時脈沖頻率逐漸加快，減速時脈沖頻率逐漸變慢。采用恒加速度算法，易操作性強(qiáng)，效果也很好。如圖2所示，Δtm時間內(nèi)相鄰脈沖變化完成時，即步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過一步，所以，圖2中陰影部分面積為1。 設(shè)電動機(jī)的加速時的第m步頻率為Fm，第m-1步頻率為Fm-1。加速度是F的斜率，設(shè)為a，則 a＝（Fm－Fm-1）/Δtm; 另有（（Fm + Fm-1）Δtm）/2=1; 由以上兩式可推出: A=（（fmax-f0）＊（fmax+f0））/（2＊trans）; 軟件實現(xiàn) 采用定時器中斷方式控制電機(jī)變速時，實際上是不斷改變定時器裝載值的大小。控制脈沖由ARM芯片S3C4510的定時器發(fā)出，則定時器的溢出頻率應(yīng)為二倍的控制脈沖頻率。實現(xiàn)函數(shù)如下: void pulse （REG16 f0,REG16 fmax,REG16 tran,REG16 steep） ｛ UINT16 I，A; SysDisableInt（INT_TIMER0）; SysSetInterrupt（INT_TIMER0,OnTimer2）; trans = tran; A = （（fmax-f0）＊（fmax+f0））/（2＊trans）; for（i=0;i <= trans;i++） ｛ f[i> = sqrt_16（2＊A＊i+f0＊f0）; ｝ f0 += f0; //2f0 TMOD=0x00; //disable timer0 and timer1 TDATA0=0x2FAF080/f0;//f0=50,000,000/TDATA0 TMOD=0x03; //enable timer0 and timer1 in interval mode step = steep+steep; //2step trans = trans+trans; tempstep=0; //the number of pulse output = 0; status = 0; //the state of pulse,high or low SysEnableInt（INT_TIMER0）; ｝ 其中f0為起始脈沖頻率，fmax為到達(dá)勻速運行狀態(tài)時的最大脈沖頻率，tran為加速或減速時的過渡脈沖步數(shù)，steep為該程序段總的脈沖步數(shù)。 結(jié)語 采用以ARM為內(nèi)核的微處理器主頻高、指令執(zhí)行速度快，能輸出較高的脈沖頻率，并采用加減速控制方法控制步進(jìn)電機(jī)能平穩(wěn)高速的運行，因此非常適合用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床中，代替原來基于PC機(jī)的數(shù)控機(jī)床，降低成本。 另外需要注意的是，嵌入式數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)一般都是基于嵌入式實時操作系統(tǒng)的，比如UC/0S-II。而操作系統(tǒng)的本身都要依賴于定時中斷作為調(diào)度的基礎(chǔ)，在移植操作系統(tǒng)和選擇控制步進(jìn)電機(jī)的定時器時要特別小心，兩者不能產(chǎn)生沖突和影響，否則整個系統(tǒng)將會崩潰。