步进电机S型曲线加减速的设计实现

　　可以看到，刚开始加速和达到最大速度时加速比较缓慢，中间加速比较快。
　　电机的转矩和转速的乘积的k倍等于功率，也就是说，功率一定的时候，转速与转矩成反比关系。所以，转速越低，转矩越大。
　　当电机直接高速启动时，电机可能存在震动、丢步甚至启动不起来的情况。因此需要S型曲线加速，使电机能够缓慢启动。
　　程序实现
　　控制电机的速度，其实就是控制PWM的输出频率。首先需要对S曲线方程进行一些变化，如下：Fcurrent = Fmin + （Fmax-Fmin）/（1+exp（ -Flexible（i - num ）/num） ）
　　Fcurrent为计算出的当前频率。
　　Fmin为加速的起始频率。
　　Fmax为加速的最大频率。
　　-Flexible*（i - num）/num是对S型曲线进行拉伸变化，其中Flexible代表S曲线区间（越大代表压缩的最厉害，中间加速度越大；越小越接近匀加速。理想的S曲线的取值为4-6）。
　　i是在循环计算过程中的索引，从0开始。
　　num为 加速脉冲数/2 大小。
　　上面计算出的是频率的S曲线，还需要将频率转换成定时器的计数周期，程序如下：
　　//功能：S加速曲线初始化
　　//参数1 *pbuff 计算出的定时器的周期
　　//参数2 fre_max 最大频率 Hz
　　//参数3 fre_min 最小频率 Hz
　　//参数4 len 加速需要的脉冲数
　　void CurveS_init（uint16_t *pbuff，uint32_t fre_max，uint32_t fre_min，int16_t len）
　　{
　　int16_t i;
　　uint16_t flexible =4;
　　float delt = fre_max-fre_min;
　　float deno ;
　　float melo ;
　　float fre;
　　for（i=0; i《len; i++）
　　{
　　melo = flexible* （i-len/2） / （len/2）;
　　deno = 1.0f / （1 + expf（-melo））; //
　　fre = delt * deno + fre_min;
　　*pbuff++ = （unsigned short）（tiM2_CLOCK_FREQ / fre）;
　　}
　　}
　　TIM2_CLOCK_FREQ为定时器的计数频率。
　　之后要做的就是在加减速过程中，每输出一个PWM脉冲，重新装载一次定时器周期。
　　在PWM中断中，将计算好的S曲线数组，重新装载到定时器的ARR和CCR寄存器中即可。程序如下：
　　//PWM回调函数
　　void HAL_TIM_PWM_PulseFinishedCallback（TIM_HandleTypeDef *htim）
　　{
　　Motor.PWMcount++;
　　SpeedAdjust（）;//速度调节
　　}
　　//速度调节函数
　　void SpeedAdjust（void）
　　{
　　switch（Motor.Status）
　　{
　　/*加速*/
　　case SPEED_INCREASE：
　　if（Motor.Count 《 Motor.CountMax）
　　{
　　__HAL_TIM_SET_AUTORELOAD（&htim2，Period［Motor.Count］）;//计算下一个PWM的周期
　　htim2.Instance-》CCR1 = Period［Motor.Count］/2;//占空比50%
　　Motor.Count++;//加速次数
　　}
　　else
　　{
　　Motor.Status = SPEED_STABLE;
　　Motor.Count--;
　　}
　　break;
　　/*匀速*/
　　case SPEED_STABLE：
　　if（Motor.PWMcount 》= （Motor.PWMneed - Motor.Count））
　　{
　　Motor.Status = SPEED_DECREASE;
　　}
　　break;
　　/*减速*/
　　case SPEED_DECREASE：
　　if（Motor.Count 》= 0）
　　{
　　__HAL_TIM_SET_AUTORELOAD（&htim2，Period［Motor.Count］）;//计算下一个PWM的周期
　　htim2.Instance-》CCR1 = Period［Motor.Count］/2;
　　Motor.Count--;
　　}
　　if（Motor.PWMcount 》= Motor.PWMneed）
　　{
　　HAL_TIM_PWM_Stop_IT（&htim2，TIM_CHANNEL_1）;
　　}
　　break;
　　default ：
　　break;
　　}
　　其中Motor是自己定义的一个结构体：
　　typedef struct{
　　uint8_t Status; //状态
　　int32_t Count; //加减速过程脉冲计数
　　int32_t CountMax; //最大加速脉冲数
　　uint32_t PWMcount;//PWM计数
　　uint32_t PWMneed; //需要输出的PWM总数
　　}Motor_t;
　　启动时，初始化参数，启动定时器输出PWM即可：
　　//PWM--需要输出的脉冲个数
　　void StartPWM（uint32_t PWM）
　　{
　　Motor.PWMcount = 0;
　　Motor.PWMneed = PWM;
　　Motor.Count = 0;
　　Motor.Status = SPEED_INCREASE;
　　Motor.CountMax = 300;
　　//初始化加速曲线，最小频率100，最大频率10K，加速脉冲数300
　　CurveS_init（Period，10000，100，Motor.CountMax）;
　　__HAL_TIM_SET_AUTORELOAD（&htim2，Period［0］）;
　　htim2.Instance-》CCR1 = Period［0］;
　　HAL_TIM_PWM_Start_IT（&htim2， TIM_CHANNEL_1）; //启动定时器PWM输出
　　}
　　来看一下效果，可以看到，PWM的频率是逐渐增大的。实际测试效果也不错。

原作者：Mr张工 嵌入式技术开发