步进电机梯形加减速原理详解
步进电机梯形加减速原理详解
步进电机加减速在哪些场景中使用？为什么需要使用加减速？
当硬件驱动细分器与软件的细分参数或定时器分频参数设置不当时，启动电机时可能会遇到啸叫声但电机不转动的情况。这是因为软件产生的脉冲频率超过了步进电机的启动频率。步进电机有一个重要的技术参数：空载启动频率，即在没有负载的情况下能够正常启动的最大脉冲频率。如果脉冲频率大于该值，步进电机则不能正常启动，发生丢步或堵转。
或者也可以理解为由于步进脉冲变化过快，转子由于惯性的作用跟不上电信号的变化。因此需要使用加减速来解决启动频率低的问题，在启动时使用较低的脉冲频率，然后逐渐加快频率。
步进电机在开环控制时需要高精度且无积累误差，被广泛应用于数控系统中。为了实现快速准确的定位，需要防止失步和过冲现象的发生，并以最快的速度到达指定位置。
梯形加减速的介绍
为了防止丢步或超步现象并提高效率，需要让步进电机先以固定的加速度达到目标速度，然后以这个速度运行，快到达目标步数时再减速到最低速。整个过程形成一个梯形模型。
例如，一个装置使用步进电机实现物体X的移动，系统要求从A点出发到B点停止，且要求移动时间最短同时保持系统稳定。
步进电机的特性表明，最大幅度提高电机转速（即提高脉冲频率）可以缩短到达B点的时间。但如果施加的脉冲频率太高，超过了步进电机的最小启动频率，就会造成电机内部的反向电动势阻尼作用，导致转子与定子之间的磁反应跟不上电信号的变化，从而发生堵转或丢步，滑块可能根本无法移动。
因此，在电机启动时需要一个低速，但在满足系统要求的前提下需要尽快提升速度，实现加速过程。如果在达到终点前一直在加速，就会出现过冲现象。为了避免这种情况，需要在达到终点前的一段距离提前减速，使滑块到达终点时速度刚好为0。如果在加速过程中，从启动速度到目标速度的加减速是以一定的比例进行加速/减速。
整个运动过程将滑块的速度变化分为三个阶段：OA段是加速部分、AB段是匀速部分、BC段是减速部分。因为速度变化的曲线呈现梯形，所以这种运动变化被称为梯形加减速。这种算法是一种在加速过程和减速过程中加速度不变的匀变速控制算法。
- OA段：从低于步进电机的启动频率开始启动（模型中从0开始），以固定的加速度增加速度到目标值
- AB段：以最大速度匀速运动
- BC段：以加速度不变的速度递减到0
这种算法虽然简单，但由于速度变化的曲线有折点，在启动、停止、匀速段中很容易产生冲击和振动。