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如何用Arduino开发版实现对步进电机的转速控制和方向控制？

4137 Arduino

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2021-10-15 06:49:05　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × bertvwang 该类别下有 10 个回答。邀请回答纯纯纯牛奶该类别下有 10 个回答。邀请回答王伟01 该类别下有 9 个回答。邀请回答幽默该类别下有 9 个回答。邀请回答 dahairenlyy 该类别下有 8 个回答。邀请回答凌晨3点睡该类别下有 8 个回答。邀请回答 fhbding 该类别下有 8 个回答。邀请回答 hzp_bbs1 该类别下有 8 个回答。邀请回答笔画张该类别下有 8 个回答。邀请回答偶是糕富帅该类别下有 8 个回答。邀请回答 Ehunt 该类别下有 8 个回答。邀请回答 tutu304725938 该类别下有 8 个回答。邀请回答 djelje 该类别下有 7 个回答。邀请回答 pingnai 该类别下有 7 个回答。邀请回答雅博电子科技该类别下有 7 个回答。邀请回答 liutiefu 该类别下有 7 个回答。邀请回答低调de炫耀爱该类别下有 7 个回答。邀请回答 jenny042 该类别下有 7 个回答。邀请回答 wenminglang 该类别下有 7 个回答。邀请回答苹果派派该类别下有 7 个回答。邀请回答举报陈霞相关推荐 • 如何使用Arduino UNO开发板控制步进电机 2906 • 请假各位大神关于Labview和arduino控制三个步进电机转速的问题 3828 • 步进电机可以实现电机转速和位置的精确控制吗 1677 • 如何用单片机和CPLD实现步进电机的控制？ 1579 • LabVIEW开发不接硬件怎样实现转速控制 2739 • labview+arduino+42步进电机 9346 • 如何去实现对无刷直流电机的转速和方向的控制？ 2382 • LABVIEW控制步进电机 21842 • LPC2378步进电机转速控制？？ 3954 • 如何使用Arduino开发板和DRV8825步进模块控制NEMA17步进电机？ 1310 1个回答

答案对人有帮助，有参考价值 0 本文尝试用Arduino开发版控制42步进电机，搭配通用的步进电机驱动器，实现对步进电机的转速控制和方向控制。原材料： Arduino开发板及附件 42步进电机和配套驱动器电源接线方式：共阴总览 2、42步进电机可以看到这个是四线步进电机，内部两两短接，可以通过万用表测出，相同相的线随意接入驱动器的A+,A-和B+,B-即可。 3、驱动器驱动器侧面有一排按钮，往上拨为OFF，往下为ON，其中看驱动器界面标识可见， SW1-SW3：为步进电机驱动器电流控制按钮，电流越大步进电机就越有劲，不容易丢步。 SW4：是控制限时电流按钮，即电机不转时是否给电机电流按钮，据说开启OFF可以更好的保护电机，但是为了更好地控制步进电机建议打开。 SW5-SW8：是控制电机精度的，Pulsw/rev表示的是多少个脉冲为一圈，数字越小即转的越快，数字越高越精确转的越慢。 PUL+,PUL-：步数控制，输入脉冲信号，一个脉冲（一高一低）走一步。 DIR+,DIR-：方向控制，接入高电平即正转，接入低电平则反转。 ENA+,ENA-：使能控制，一般情况悬空（都不接）即可，接入高电平步数控制失效，可以手动转动，当接入低电平恢复原有的步数控制，此时无法手动转动。 4、程序代码保证线路连接正确的情况下，以下程序就能简单控制步进电机的运动，如果要精确控制等更精确的控制，或者用库控制的话需要更深入的研究。代码如下：代码如下： #define STEPPIN 9 #define DIRPIN 8 //方向位为8，脉冲位为9 void setup() { pinMode(STEPPIN, OUTPUT); pinMode(DIRPIN, OUTPUT); Serial.begin(9600); } void loop() { // Enables the motor to move in a particular direction Serial.println("Forward Begins"); digitalWrite(DIRPIN, HIGH); // 正向转1圈（200脉冲） for (int x = 0; x < 200; x ++) { digitalWrite(STEPPIN, HIGH); delayMicroseconds(500); digitalWrite(STEPPIN, LOW); delayMicroseconds(500); } Serial.println("Forward Ends"); delay(1000); // Delay for one second // Changes the rotation direction or rotates in opposite direction Serial.println("Backward Begins"); digitalWrite(DIRPIN, LOW); // 反向转3圈（600脉冲） for (int x = 0; x < 600; x ++) { digitalWrite(STEPPIN, HIGH); delayMicroseconds(500); digitalWrite(STEPPIN, LOW); delayMicroseconds(500); } Serial.println("Backward Ends"); delay(2000); //Delay for two seconds } PID调速代码： // 导入PWM库，此库可自定义PWM的频率和占空比（除了timer0相关的端口，因为timer0是负责dealay等函数的，因此不能去改动timer0） #include // 导入 PID 库的头文件 #include // 导入定时中断库的头文件，这个库用的是timer2，因此这个程序的其他地方不能对timer2进行修改，否则会影响这个库的功能 #include // ↓↓↓↓↓↓↓↓↓ 变量定义与初始化：PID 控制部分 ↓↓↓↓↓↓↓↓↓// // 定义三个变量，分别代表 PID 控制器的期望输入值、实际输入值、控制量 double Setpoint = 6; // 希望电机的转速为 6rad/s double Input; double Output; // 初始化 PID 的三个参数 double kp = 2, ki =15, kd = 1; //double kp = 11.46, ki =98.22, kd = 0.33; // 创建一个 PID 控制器的实例 PID myPID(&Input, &Output, &Setpoint, kp, ki, kd, DIRECT); // ↑↑↑↑↑↑↑↑↑ 变量定义与初始化：PID 控制部分 ↑↑↑↑↑↑↑↑↑// // ↓↓↓↓↓↓↓↓↓ 变量定义与初始化：PID 自整定部分 ↓↓↓↓↓↓↓↓↓// double OutputHigh,OutputLow; double outputStep = 30 ; //必须是正值 double OutputUsedinPIDAutotune = 0; double inputHistory[20]; int caculateFlag = 1; int inputHighAll = 0; int inputHighNum = 0; int inputLowAll = 0; int inputLowNum = 0; int atemp, btemp; int if_inputHistory_or_not = 0; // 决定是否开始PID自整定过程中的对Input的历史记录 // ↑↑↑↑↑↑↑↑↑ 变量定义与初始化：PID 自整定部分 ↑↑↑↑↑↑↑↑↑// // ↓↓↓↓↓↓↓↓↓ 变量定义与初始化：电机测速部分 ↓↓↓↓↓↓↓↓↓// int count = 0; // 记录在指定时间段内，编码器码盘脉冲值 double omega = 0; //电机转速 rad/s unsigned long old_time = 0; // 时间标记 double measure_sample_time = 100; // 测速周期，单位：毫秒 // ↑↑↑↑↑↑↑↑↑ 变量定义与初始化：电机测速部分 ↑↑↑↑↑↑↑↑↑// // ↓↓↓↓↓↓↓↓↓ 变量定义与初始化：MATLAB绘图部分 ↓↓↓↓↓↓↓↓↓// // 当这个变量为0的时候，串口会显示最详细的数据，此时不宜用MATLAB绘图 // 当这个变量不为0的时候，串口会只显示一些关键的数据，共1列，每4个数据为1组，第一个是当前的实际转速（rad/s），第二个是要求的转速（rad/s），第三个是当前实际的占空比，第四个是当前的时间（毫秒），此时宜用MATLAB绘图 int Use_MATLAB_to_Draw_or_not = 0; // ↑↑↑↑↑↑↑↑↑ 变量定义与初始化：MATLAB绘图部分 ↑↑↑↑↑↑↑↑↑// // ↓↓↓↓↓↓↓↓↓ 变量定义与初始化：XXX部分 ↓↓↓↓↓↓↓↓↓// // ↑↑↑↑↑↑↑↑↑ 变量定义与初始化：XXX部分 ↑↑↑↑↑↑↑↑↑// // 自定义函数：外部中断起作用时的中断处理函数，（当端口收到测速信号线（FG线）的下降沿信号时，会有一个外部中断，而中断处理函数就在此定义） ↓↓↓↓↓↓↓↓↓ void Code() { //每中断一次，记录一次 count += 1; // 编码器码盘计数加一 } // 自定义函数：定时中断起作用时的中断处理函数，用于计算电机转速 ↓↓↓↓↓↓↓↓↓ void omega_measure() { detachInterrupt(0); // 关闭外部中断0 // Serial.print("time: ");Serial.print(millis());Serial.println("毫秒"); // Serial.print("old_time: ");Serial.print(old_time);Serial.println("毫秒"); //把measure_sample_time毫秒内编码器码盘计得的脉冲数，换算为当前转速值 //转速单位 rad/s。这个编码器码盘为2044个空洞。 (2044这个数字是标定过的我自己标定的) //电机转速，其中 count/2044 计算的是在measure_sample_time毫秒之内，转了多少圈，“23.141592654”是为了转换为rad制 omega =(double)count/204423.1415926541000/measure_sample_time; // 记录被调量Input（即 omega）的历史值，20个 if (if_inputHistory_or_not == 1) { for (int i = 1; i < 20; i++) { inputHistory[20 - i] = inputHistory[20 - i - 1]; } inputHistory[0] = omega; } //在串口监视器中输出一些结果 if (Use_MATLAB_to_Draw_or_not == 0) { // 输出详细数据 Serial.println(" "); Serial.print("期望转速: ");Serial.print(Setpoint);Serial.println("rad/s"); Serial.print("实际转速: ");Serial.print(omega);Serial.println("rad/s"); Serial.print("PID自整定震荡前或者后的占空比值: ");Serial.println(Output); Serial.print("PID自整定震荡中的占空比值: ");Serial.println(OutputUsedinPIDAutotune); Serial.print("当前系统时间：");Serial.print(millis());Serial.println("毫秒"); Serial.println(" "); } else { // 输出简单数据 Serial.println(omega); Serial.println(Setpoint); Serial.println(Output); Serial.println(millis()); } //恢复到编码器测速的初始状态 count = 0; //把脉冲计数值清零，以便计算下一个measure_sample_time毫秒的脉冲计数 old_time= millis(); // 记录每次测速时的时间节点 attachInterrupt(0, Code,FALLING); // 重新开放外部中断0 } void setup() { // put your setup code here, to run once: // 2口接FG信号测速线，另外，2口是外部中断口,中断接口是in.0（Ardunio mega2560 自带的特性） pinMode(2, INPUT); //电机的编码器脉冲中断函数，当编码器码盘的脉冲信号下跳沿的时候，中断一次（FALLING），中断函数是Code，中断接口是in.0，对应pin2口 attachInterrupt(0, Code, FALLING); // 对定时中断进行设置，每 measure_sample_time毫秒进入一次定时中断，并调用测速函数（即：每measure_sample_time毫秒测一次速） MsTimer2::set(measure_sample_time, omega_measure); // 开启定时中断 MsTimer2::start(); // ↓↓↓↓↓↓↓↓↓设置PWM的频率，与pin口 ↓↓↓↓↓↓↓↓↓ InitTimersSafe(); // 在 mega2560 上，12口属于timer1,不会与定时中断库“MsTimer2”冲突 bool success = SetPinFrequencySafe(12, 10000); if(success) { // PWM 信号是从 12 口输出的 pinMode(12, OUTPUT); } // ↑↑↑↑↑↑↑↑↑设置PWM的频率，与pin口 ↑↑↑↑↑↑↑↑↑ // 打开串口监视器 Serial.begin(9600); //串口波特率为9600 //打开 PID 控制器 myPID.SetMode(AUTOMATIC); // 设置控制量的范围，在此应用中，控制量是占空比，范围是0~255 myPID.SetOutputLimits(0,255); // 设置计算采样周期 myPID.SetSampleTime(1); // 初始化 inputHistory 数组 for (int i = 0; i < 20; i++) { inputHistory = 0; } } void loop() { // 主程序，将重复运行: // loop()每执行一次就将当前速度传给Input Input = omega; if (Use_MATLAB_to_Draw_or_not == 0) { // 做详细计算、PID自整定等 if (millis() < 25000) { // 当运行时间小于25秒，则进行普通的 PID 控制，并且以PID控制器计算得到的占空比运转（稳定为先） myPID.Compute(); pwmWrite(12, Output); } // 当运行时间大于25秒，且小于30秒，则 PID 进行自整定（强行震荡） else if(millis() < 30000) { if_inputHistory_or_not = 1; // 打开“记录被调量Input（即 omega）的历史值” // Output包含的是稳定值 OutputLow = Output - outputStep; OutputHigh = Output + outputStep; if (Input < Setpoint) { OutputUsedinPIDAutotune = OutputHigh; if (int(OutputUsedinPIDAutotune) > 255) {OutputUsedinPIDAutotune = 255;} } else if (Input > Setpoint) { OutputUsedinPIDAutotune = OutputLow; if (int(OutputUsedinPIDAutotune) < 0) {OutputUsedinPIDAutotune = 0;} } pwmWrite(12, OutputUsedinPIDAutotune); } // 震荡结束后，继续 PID 自整定（分析波形（即数组inputHistory[]的波形）计算自整定后的PID参数） else if(millis() < 35000) { // 先关闭电机 pwmWrite(12, 0); // 关闭“记录被调量Input（即 omega）的历史值” if_inputHistory_or_not = 0; while (caculateFlag == 1) { for (int i = 1; i < 19; i++) { //如果是波峰 if (inputHistory > inputHistory[i - 1] && inputHistory > inputHistory[i + 1]) { inputHighAll += inputHistory; //波峰值总数增加 inputHighNum++; //波峰个数计数增加 if (inputHighNum == 1) atemp = i; //当产生第一个波峰的时候，atemp记录下此时是第几个数据（每个数据相隔100ms） btemp = i; //当对20个历史数据分析完，btemp则可记录下最后一个波峰对应的是第几个数据 } //如果是波谷，类似上面 else if (inputHistory < inputHistory[i - 1] && inputHistory < inputHistory[i + 1]) { inputLowAll += inputHistory; inputLowNum++; } } double autoTuneA = (inputHighAll / inputHighNum) - (inputLowAll / inputLowNum); //峰峰值（即波峰值 - 波谷值）的平均数A double autoTunePu = (btemp - atemp) * measure_sample_time/1000 / (inputHighNum - 1); //两个波峰之间的时间间隔Pu(s) double Ku = 4 * outputStep / (autoTuneA * 3.14159); double Kp_self = 0.6 * Ku; double Ki_self = 1.2 * Ku / autoTunePu; double Kd_self = 0.075KuautoTunePu; // 暂时关闭定时中断 MsTimer2::stop(); // 在串口监视器输出自整定的最终结果 Serial.println(" "); Serial.println("****************************"); Serial.println("PID 自整定过程完成！"); Serial.println("自整定的PID参数为： "); Serial.print("Kp_self： ");Serial.println(Kp_self); Serial.print("Ki_self： ");Serial.println(Ki_self); Serial.print("Kd_self： ");Serial.println(Kd_self); Serial.println(" "); Serial.print("震荡过程中的峰峰值 A： ");Serial.print(autoTuneA);Serial.println("rad/s"); Serial.print("两个波峰之间的时间间隔Pu： ");Serial.print(autoTunePu);Serial.println("秒"); Serial.println("***************************"); Serial.println(" "); // 上述消息显示5秒 delay(5000); // 把自整定的PID参数导入PID控制器中 myPID.SetTunings(Kp_self, Ki_self, Kd_self); // Serial.println("已经将自整定的PID参数导入PID控制器中"); Serial.println("即将以自整定的PID参数进行全新的控制，请等待10秒......"); // 在延时10秒 delay(10000); caculateFlag = 0; // 重新开启定时中断 MsTimer2::start(); } } // 从速度0开始，以自整定的PID参数进行全新的控制 else { if (caculateFlag = 0) { Output = 255; Input = 0; myPID.Compute(); pwmWrite(12, Output); omega = 0; caculateFlag = 2; old_time= millis(); } else { myPID.Compute(); pwmWrite(12, Output); } } } else { // 只在一组PID参数下运算 myPID.Compute(); pwmWrite(12, Output); } } //转角θ=-ANcos(wt)，转速V=ANwsin(wt) float w=3; int N=100; //N是半个周期的脉冲数，正比于正弦函数的振幅 //如果乘积Nw太大，步进电机就会丢步 float dt[400]={0}; //脉冲的时间间隔 int k; const byte pinSPEED=5; const byte pinDIREC=6; void setup() { pinMode(pinSPEED,OUTPUT); // 5号引脚发送PULSE(控制速度) pinMode(pinDIREC,OUTPUT); // 6号引脚指定SIGN (控制方向) int dtMAX=30; float t=0; for(k=1;k<=N;k++) {dt[k]=(1.0F/sin(kPI/(N+1))> dtMAX ? dtMAX : 1.0F/sin(kPI/(N+1))); //如果两个脉冲的时间间隔超过预设的dtMAX，就认为它是dtMAX //dtMAX的值可以根据需要自行修改 t=t+dt[k];} //for循环结束后,t代表数组dt的前N项的和 for(k=1;k<=N;k++) {dt[k]=PIdt[k]/(wt);} } void loop() { digitalWrite(pinDIREC,HIGH); //一个方向运动 for(k=1;k<=N;k++) {digitalWrite(pinSPEED,HIGH); digitalWrite(pinSPEED,LOW); delayMicroseconds(1E6dt[k]);} digitalWrite(pinDIREC,LOW); //反方向运动 for(k=1;k<=N;k++) {digitalWrite(pinSPEED,HIGH); digitalWrite(pinSPEED,LOW); delayMicroseconds(1E6*dt[k]);} }

2021-10-15 16:29:05 评论举报张国厚