STM32通过TB6600驱动步进电机实现梯形加减速

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STM32通过TB6600驱动步进电机实现梯形加减速

2024-07-12 06:52| 来源: 网络整理| 查看: 265

1 注意事项

1.1 接线

1.2 电源选择

1.3 支架选择与转向

2 STM32的控制代码

2.1 输入参数

2.2 运行距离的计算

2.3 STM32与TB6600接线

2.4 代码

1 注意事项 1.1 接线

使用梯形加减速能够使步进电机快速达到运行速度，适用于响应要求高，运行速度快的要求场景，在比赛中，步进电机也是常用的电机种类之一，是开环中运行精度最高的一档。实验中使用的步进电机为42步进电机，接线方式采用共阳极接线，即将TB6600驱动器的脉冲正（PUL+）、方向正（DIR+）、使能正（ENA+）三者接在一起、最后有使能正（ENA+）引出，其余的脉冲负（PUL-）、方向负（DIR-）、使能负（ENA-）各自接到控制信号的引脚上，即可完成步进电机的接线（接线图如下）。

最后接电源线至TB6600即可，电源线应当注意正负极之分、不可反接，实验中的42步进电机使用的步进电机工作电压为24V、额定电流为

1.2 电源选择

最后接电源线至TB6600即可，电源线应当注意正负极之分、不可反接，实验中的42步进电机使用的步进电机工作电压为24V、额定电流为1.5A、扭矩0.7nm。42步进电机的工作较小，网上购买的24V电池默认的DC接头都能输出最大3a的电流，可直接接入TB6600的电源接口。

当使用的步进电机的运行电流超过3A时，普通的DC接头则不再满足使用需求，需要更换为XT60航空公母头接线的方式，更粗壮的电线在保证电池的额定输出电流时，也能保证步进电机的扭矩能正常。当电流过低，电压不足时，电机的扭矩会下降，因此，更换大功率步进电机后，电池也需要更换，电池输出线也要更换。

1.3 支架选择与转向

步进电机的固定支架，小型的42步进电机，可直接选用购买时的默认支架，当使用体积的庞大，重量大的57（单电机质量5KG）、86（单电机质量10KG）步进电机时，需要考虑支架的强度，且在使用大体积，大质量步进电机时，单靠步进电机的差速无法实现转向，需要引进专门的转向机构。转向机构的选择可参考舵轮的转向结构

2 STM32的控制代码 2.1 输入参数

stm32端的控制代码输入端较为简单，需要输入的参数有：运行距离、加速度、减速度、稳定运行时的速度，一般来说，比赛中需要变更的只有运行距离即可，通过上位机下发命令，运行指定的距离，为了抵达指定的运行距离而减少丢步。需要考虑步进电机的负载不可过大，步进电机的加速度，减速度和运行速度均不可过大，一旦过大，就会存在严重的丢步，导致运行距离达不到理想的位置。

2.2 运行距离的计算

使用的步进电机为42步进电机，额定扭矩0.7Nm、步距角1.8度，额定电压24V，额定电流1.5A,假使输入的电压、电流都达到了额定值，负载在步进电机的承受范围内，则可根据代码调整TB6600的细分数，我使用的细分数是1600，即1600个脉冲旋转一圈。在代码中，步进电机的细分数为8细分。其计算值为

脉冲数=(圈数/步距角)*细分数

$1600=(360/1.8)*8$

当要根据赛场上的实际距离去计算时，则可进行距离的二次计算

设车轮的直径（d）为10cm，则其转一圈的位移为： $s=\pi d=31.415926535897cm$ ，即1600个脉冲使一个直径10cm的轮子位移了 31.415926535897cm,即可推算出一个脉冲可使轮子运行的距离为0.0196349540849cm，所以距离所需要的脉冲数最终计算公式为

脉冲数=（目标距离/单脉冲距离行程）

2.3 STM32与TB6600接线

TB6600 STM32F103c8t6

PUL+

DIR+ VCC

EN+

PUL- PA6

DIR- PB13

EN- PB14

2.4 代码

Motor.c

#include "stm32f10x.h" // Device header #include "Motor.h" #include "Motor_Init.h" #include speedRampData srd= {STOP,0,0,0,0,0,0}; //加减速变量 uint8_t motor_sta = 0;//电机状态 /* step 移动步数（正数为正转，负数为逆时针） accel 加速度,实际值为accel*0.1*rad/sec^2 10倍并且2个脉冲算一个完整的周期 decel 减速度,实际值为decel*0.1*rad/sec^2 speed 最大速度,实际值为speed*0.1*rad/sec */ void MOTOR_Move(int32_t step, uint32_t accel, uint32_t decel, uint32_t speed) { uint16_t tim_count; //存放中断时刻的计数值 unsigned int max_s_lim; //达到最大速度时的步数 unsigned int accel_lim; //必须开始减速的步数（如果还没有加速度到最大速度时） if(motor_sta!= STOP) //只允许步进电机在停止的时候才继续 return; if(step < 0) //逆时针 { GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_13); //PA13为方向引脚，输出高电平 step = -step; } else //顺时针 { GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_13); //PA13为方向引脚，输出低电平 } if(step == 1) // 如果只移动一步 { srd.accel_count = -1; // 只移动一步 srd.run_state = DECEL; // 减速状态 srd.step_delay = 1000; // 短延时 } else if(step != 0) // 步数不为零才移动 { srd.min_delay = (int32_t)(A_T_x10/speed); // 设置最大速度极限, 计算min_delay用于定时器的计数器的值min_delay = (alpha / tt)/ w srd.step_delay = (int32_t)((T1_FREQ_148 * sqrt(A_SQ / accel))/10); // 通过计算第一个(c0) 的步进延时来设定加速度,其中accel单位为0.01rad/sec^2 // step_delay = 1/tt * sqrt(2*alpha/accel) // step_delay = ( tfreq*0.69/10 )*10 * sqrt( (2*alpha*100000) / (accel*10) )/100 max_s_lim = (uint32_t)(speed*speed/(A_x200*accel/10)); //计算多少步之后达到最大速度的限制 max_s_lim = speed^2 / (2*alpha*accel) if(max_s_lim == 0) //如果达到最大速度小于0.5步，我们将四舍五入为0,但实际我们必须移动至少一步才能达到想要的速度 { max_s_lim = 1; } accel_lim = (uint32_t)(step*decel/(accel+decel)); // 计算多少步之后我们必须开始减速,n1 = (n1+n2)decel / (accel + decel) if(accel_lim == 0) // 我们必须加速至少1步才能开始减速 { accel_lim = 1; } if(accel_lim = 0) //检查是否为最后一步是个负数所以要判断大于等于零时应该就是减速结束 { srd.run_state = STOP; } break; } srd.step_delay = new_step_delay; // 为下个(新的)延时(脉冲周期)赋值 } } } void TIM3_IRQHandler(void) { speed_decision(); }

Motor.h

#ifndef __Motor_H #define __Motor_H #include "stm32f10x.h" // Device header #include "math.h" typedef struct { uint8_t run_state; //电机旋转状态 uint8_t dir ; //电机旋转方向 int step_delay; //下个脉冲周期（时间间隔）启动时为加速度 int decel_start; //启动减速位置 int decel_val; //减速阶段步数 int min_delay; //最小脉冲周期（最大速度，即匀速段的速度） int accel_count; //加速阶段计数值 }speedRampData; #define TRUE 1 #define FALSE 0 /*电机速度决策中的四个状态*/ #define STOP 0 // 停止状态 #define ACCEL 1 // 加速状态 #define DECEL 2 // 减速状态 #define RUN 3 // 匀速状态 #define TIM_PRESCALER 32 #define T1_FREQ (SystemCoreClock/(TIM_PRESCALER+1)) //定时器频率 /*电机单圈参数*/ #define STEP_ANGLE 1.8 //步进电机的步距角单位：度 #define FSPR 200 //步进电机单圈步数 #define MICRO_STEP 8 //细分器细分数 #define SPR (FSPR*MICRO_STEP) //16细分的步数 //数学常数，用于MSD_MOVE函数的简化计算 #define ALPHA ((float)(2*3.14159/SPR)) // α= 2*pi/spr #define A_T_x10 ((float)(10*ALPHA*T1_FREQ)) #define T1_FREQ_148 ((float)((T1_FREQ*0.676)/10)) // 0.69为误差修正值(计算过程，文档中有写) #define A_SQ ((float)(2*100000*ALPHA)) #define A_x200 ((float)(200*ALPHA)) void MOTOR_Move(int32_t step, uint32_t accel, uint32_t decel, uint32_t speed); extern void speed_decision(void); #endif

Motor_Init.c

#include "stm32f10x.h" // Device header #include "Motor_Init.h" #include "Motor.h" //GPIO口初始化 void MOTOR_GPIO_Init(void) { RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //开启PA端口时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); //开启PB端口时钟 /* 步进电机驱动器：脉冲输出PA6 */ GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP; //复用输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_6; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); /* 步进电机驱动器：方向控制 PB13*/ /* 步进电机驱动器：使能控制PB14 */ GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); } //定时器初始化 void MOTOR_TIM_Init(void) { RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); TIM_InternalClockConfig(TIM3); TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure; TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //时钟分频因子，数字滤波采样频率的参数 TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 65536-1; //ARR TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = TIM_PRESCALER; //PSC TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0; //高级定时器功能 TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructure); TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure); TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_Toggle; //翻转模式 TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0; //CCR 比较值 TIM_OC1Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure); TIM_OC1PreloadConfig(TIM3,TIM_OCPreload_Disable); //关闭预装载 TIM_CCxCmd(TIM3,TIM_Channel_1,TIM_CCx_Disable); TIM_ClearFlag(TIM3,TIM_FLAG_CC1); //清除定时器3的通道1的标志位 TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_CC1,ENABLE); //开启定时器3的通道1中断 NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //分组 NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); }

Motor_Init.h

#ifndef __Motor_Init_H #define __Motor_Init_H #include "stm32f10x.h" // Device header #include "math.h" #include "Motor.h" //输出比较模式周期设置为0xFFFF #define TIM_PERIOD 0xFFFF void MOTOR_GPIO_Init(void); void MOTOR_TIM_Init(void); #endif

main.c

#include "stm32f10x.h" // Device header #include "Delay.h" #include "Motor.h" #include "Motor_Init.h" uint32_t set_speed = 1000; // 最大速度设置单位为0.1rad/sec uint32_t step_accel =25; // 加速度单位为0.1rad/sec^2 uint32_t step_decel = 25; // 减速度单位为0.1rad/sec^2 uint32_t step=1600; //extern uint8_t motor_sta ; int main(void) { MOTOR_GPIO_Init(); MOTOR_TIM_Init(); MOTOR_Move(step*20,step_accel,step_decel,set_speed); //需要时调用 while (1) { } }

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