電機(jī)SpTA控制算法

1、電機(jī) SpTA 控制算法SpTA即Steps per Time algorithm，它與步進(jìn)電機(jī) S形曲線控制算不同，S形曲線控制算法思想是根據(jù)電機(jī)的步數(shù)來計(jì)算時(shí)間，即所謂的Time per Steps，該控制算法先計(jì)算電機(jī)每一步運(yùn)行頻率，再根據(jù)運(yùn)動(dòng)曲線計(jì)算得到時(shí)間參數(shù)，而SpTA算法則是以時(shí)間計(jì)算為中心，根據(jù)時(shí)間來計(jì)算運(yùn)動(dòng)步數(shù)相關(guān)參數(shù)，它的做法是將電機(jī)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間分割成若干個(gè)合適的小時(shí)間片，在每個(gè)時(shí)間片內(nèi)它都將速度參數(shù)加到位置參數(shù)上，如果位置參數(shù)溢出，它就會輸出一個(gè)脈沖，速度參數(shù)根據(jù)加速度參數(shù)和時(shí)間而改變，隨著時(shí)間推移，速度參數(shù)越來越大，位置參數(shù)溢出頻率越來越高，則電機(jī)的運(yùn)行頻率也越來越高錯(cuò)誤

2、!未找到引用源。為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)速度參數(shù)控制脈沖輸出頻率，需要定義以下變量：PosAccumulator += Actualvelocity; PosAdd = PosAccumulator >> 17;PosAccumulator -= PosAdd << 17; if(PosAdd! =0)/位置累加器+實(shí)際速度/移位，判斷速度累加器是否溢出/位置累加器去掉溢出部分/位置累加器溢出，產(chǎn)生一個(gè)不進(jìn)脈沖PosAccumulator位置累加器PosAdd位置增加值A(chǔ)ctualPositi on實(shí)際位置TargetPositi on目標(biāo)位置，用戶輸入步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)的步數(shù)在時(shí)間片到

3、來后進(jìn)行如下計(jì)算:ActualPositi on+=1;產(chǎn)生一個(gè)步進(jìn)脈沖隨著實(shí)際速度減小而降低。這樣控制器輸出的脈沖頻率就隨著實(shí)際速度的增大而增高,為了根據(jù)時(shí)間實(shí)現(xiàn)實(shí)際速度的變化，需要定義以下變量：VelAccumulator速度累加器ActualAccelerati on實(shí)際加速度，用戶設(shè)定的加速度數(shù)值VelAdd速度增加值A(chǔ)ctualVelocity實(shí)際速度Targetvelocity目標(biāo)速度在時(shí)間片到來后進(jìn)行如下計(jì)算:if(ActualVelocity!=TargetVelocity)/如果實(shí)際速度！=目標(biāo)速度VelAccumulator+=ActualAcceleration;/ 速度

4、累加器 + 實(shí)際加速度VelAdd = VelAccumulator >> 17;/移位，判斷速度累加器是否溢出VelAccumulator -=VelAdd << 17;/速度累加器去掉溢出部分if(ActualVelocity<TargetVelocity)/如果實(shí)際速度 <目標(biāo)速度ActualVelocity=MIN(ActualVelocity+VelAdd, TargetVelocity); / 實(shí)際速度為兩者中小者else if(ActualVelocity>TargetVelocity)/如果實(shí)際速度 >大于目標(biāo)速度ActualVe

5、locity=MAX(ActualVelocity -VelAdd, TargetVelocity);/ 實(shí)際速度為兩者中大者else/實(shí)際速度=目標(biāo)速度，不需要執(zhí)行加加速算法VelAccumulator=0;VelAdd=0;這樣，就實(shí)現(xiàn)了通過時(shí)間和目標(biāo)速度改變電機(jī)實(shí)際速度參數(shù)，進(jìn)而間接改變控制器輸出脈沖的頻率，時(shí)間參數(shù)是隨著電機(jī)運(yùn)行而遞增的，目標(biāo)速度參數(shù)數(shù)值是使用一個(gè)狀態(tài)機(jī)根據(jù)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)來確定的，該狀態(tài)機(jī)具有四種狀態(tài)：0: RAMP_IDLE空閑狀態(tài)1: RAMP_ACCELERAT加速狀態(tài)2: RAMP_DRIVING-勻速狀態(tài)3: RAMP DECELERAT減速狀態(tài)狀態(tài)狀態(tài)切換及

6、其條件如圖 3-11所示：圖3-11 SpTA控制算法狀態(tài)機(jī)狀態(tài)切換圖SpTA算法同樣是通過定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)的，與S形曲線算法不同的是它沒有使用定時(shí)器的PWM功能，僅僅是通過定時(shí)器定時(shí)中斷來產(chǎn)生一個(gè)時(shí)間片，在定時(shí)器中斷服務(wù)子程序中完 成上述算法，在需要時(shí)，通過控制GPI0產(chǎn)生一個(gè)步進(jìn)脈沖。SpTA與S型算法的比較：從上面的兩種算法可以看出，傳統(tǒng)的 s形曲線控制算法實(shí)現(xiàn)比較簡單，但是它將要輸 出的脈沖頻率（周期）和脈沖個(gè)數(shù)存儲在 RAM里，占用了一定的內(nèi)存，且要想實(shí)現(xiàn)更好的 控制效果，S形曲線的離散化程度越高，占用的 RAM越大，如果要改變電機(jī)的運(yùn)行速度曲 線，需要重新計(jì)算每個(gè)階段脈沖頻率和脈沖個(gè)數(shù)

7、，計(jì)算時(shí)使用了浮點(diǎn)數(shù)，運(yùn)算量較大。SpTA算法是根據(jù)用戶輸入的加速度和目標(biāo)速度以及設(shè)定的總脈沖數(shù)，自行決定如何輸出達(dá)到最佳運(yùn)動(dòng)效果的脈沖，它不需要占用額外的RAM來存儲每個(gè)階段脈沖頻率和脈沖個(gè)數(shù)，算法實(shí)現(xiàn)基本上都是MC“拿手”的加減法和移位運(yùn)算，算法效率高，但是該算法為了達(dá)到較好的運(yùn)動(dòng)控制， 需要一個(gè)時(shí)間片很小的定時(shí)中斷來調(diào)整數(shù)據(jù)，這樣在輸出一個(gè)脈沖期間要頻繁產(chǎn)生中斷，尤其是在電機(jī)起步和停止的時(shí)候，脈沖頻率低，但是定時(shí)器中斷的次數(shù)很高，這樣CPU的效率就會被定時(shí)器中斷拉低。從算法計(jì)算量、占用RAM大小、控制效果和CPU效率上，兩種控制算法對比分析如表 所示，綜合考慮二者的優(yōu)缺點(diǎn)，本系統(tǒng)中對于試劑盤、樣本盤、反應(yīng)盤等負(fù)載較大的電機(jī)使用SpTA控制算法，其它負(fù)載使用S形曲線控制算法。表 步進(jìn)電機(jī)S形曲線控制算法與 SpTA控制算法比較分析比較項(xiàng)S形曲線控制算法SpTA控制算法