电机SpTA控制算法

1、电机SpTA控制算法PosAccumulator += Actualvelocity; PosAdd = PosAccumulator 17;PosAccumulator -= PosAdd 17; if(PosAdd! =0)ActualPosition+=l;产生一个步进脉冲；SpTA即Steps per Time algorithm,它与步进电机S形曲线控制算不同，S形曲线控制算 法思想是根据电机的步数来计算时间，即所谓的Time per Steps,该控制算法先计算电机每 一步运行频率，再根据运动曲线计算得到时间参数，而SpTA算法则是以时间计算为中心， 根据时间来讣算运动步数相关参数

2、，它的做法是将电机的运动时间分割成若干个合适的小时 间片，在每个时间片内它都将速度参数加到位宜参数上，如果位苣参数溢出，它就会输出一 个脉冲，速度参数根拯加速度参数和时间而改变，随着时间推移，速度参数越来越大，位巻 参数溢出频率越来越髙，则电机的运行频率也越来越爲枷找朝用叭 为了实现根据速度参数控制脉冲输出频率，需要左义以下变虽:PosAccumulator位垃累加器PosAdd位宜增加值ActualPositio n实际位置TargetPosition目标位置，用户输入步进电机运动的步数在时间片到来后进行如下计算:位置累加器+实际速度移位，判断速度累加器是否溢出位置累加器去掉溢出部分位置累加

3、器溢出，产生一个不进脉冲这样控制器输岀的脉冲频率就随着实际速度的增大而增髙，随着实际速度减小而降低为了根据时间实现实际速度的变化，需要定义以下变量:VelAccumulator速度累加器ActualAcceleration实际加速度，用户设定的加速度数值VelAdd速度增加值Actualvelocity实际速度Targetvelocity目标速度在时间片到来后进行如下计算:if(ActualVelocity!=TargetVelocity)如果实际速度！二目标速度VelAccumulator+=ActualAcceleration;速度累加器+实际加速度VelAdd = VelAccumula

4、tor 17;移位，判断速度累加器是否溢出VelAccumulator-=VelAdd 17;速度累加器去掉溢出部分if(ActualVelocityTargetVelocity)如果实际速度大于目标速度 ActualVelocity=MAX(ActualVelocity-VelAdd/ Targetvelocity);实际速度为两者中 大者else实际速度二目标速度，不需要执行加加速算法VelAccumulator=0;VelAdd=0;这样，就实现了通过时间和目标速度改变电机实际速度参数，进而间接改变控制器输 出脉冲的频率，时间参数是随着电机运行而递增的，目标速度参数数值是使用一个状态机根

5、 据当前的运行状态来确定的，该状态机具有四种状态：0: RAMPJDLE-空闲状态1: RAMP_ACCELERATE-加速状态2: RAMP_DRIVING 匀速状态3: RAMP_DECELERATE减速状态开始RampState=RAMP_ACCELERATE TargetVelocity=MaxPositioningSpeed AccelerationSteps=ActualPositionRampState=RAMP_DRIVINGAccelerationSteps=abs(Actua!Position-AccelerationSteps+lActualVelocity=MaxPos

6、itioningSpeed|Rampstate=RAMPTa rgetVelocity=Actua IVelocity=O TargetReachFlag=l1 Actual Position =Ta rgetPosition、RAMPACCELERATEDLESA 7DR W、G(匀速态RAMPDECE-EUTERamp5tate=RAN*ip decelerateTargetVeioc)ty=Oabs(ActualPosition-AccelerationSteps)=a bsiTargetPosition-Actual Position状态状态切换及其条件如图3口所示：RampState

7、=RAMP_DECELERATE Targetvelocity=0 abs(TargetPosition-ActualPosition|=AccelerationSteps)图3-11 SpTA控制算法状态机状态切换图SpTA算法同样是通过泄时器来实现的，与S形曲线算法不同的是它没有使用定时器的 PWM功能，仅仅是通过左时器泄时中断来产生一个时间片，在左时器中断服务子程序中完 成上述算法，在需要时，通过控制GPIO产生一个步进脉冲。SpTA与S型算法的比较：从上而的两种算法可以看出，传统的s形曲线控制算法实现比较简单，但是它将要输 出的脉冲频率(周期)和脉冲个数存储在RAM里，占用了一泄的内存

8、，且要想实现更好的 控制效果，S形曲线的离散化程度越高，占用的RAM越大，如果要改变电机的运行速度曲 线，需要重新计算每个阶段脉冲频率和脉冲个数，计算时使用了浮点数，运算量较大。SpTA算法是根据用戸输入的加速度和目标速度以及设左的总脉冲数，自行决泄如何输 出达到最佳运动效果的脉冲，它不需要占用额外的RAM来存储每个阶段脉冲频率和脉冲个 数，算法实现基本上都是MCU拿手的加减法和移位运算，算法效率高，但是该算法为了 达到较好的运动控制，需要一个时间片很小的左时中断来调整数据，这样在输出一个脉冲期 间要频繁产生中断，尤英是在电机起步和停止的时候，脉冲频率低但是定时器中断的次数 很高，这样CPU的效率就会被定时器中断拉低。从算法计算量、占用RAM大小、控制效果和CPU效率上，两种控制算法对比分析如表 3.2所示，综合考虑二者的优缺点，本系统中对于试剂盘、样本盘、反应盘等负载较大的电 机使用SpTA控制算法，苴它负载使用S形曲线控制算法。表3.2步进电机S形曲线控制算法与SpTA控制算法比较分