acceleration/deceleration step motor Опции

[Maverick]

Никто ничего не выкладывает на форум, ничем не делиться
Ладно поделюсь я, может кому-то пригодиться...
Реализация разгона/торможения шагового двигателя (пока по трапециидальному закону, в дальнейшем можно встроить закон параболы и S образный закон, добавив дробный коеффициент для частоты reg_Fn).
Документ с описанием алгоритма, do файлы для моделсима, скриншот работы(jpg картинка), файлы описания, тестбенч - во вложении (архив 7z).
В общем:

Код

entity SMC is  -- Stepper_Motor_Controller
generic ( M : natural := 32 );
Port (
clk : in STD_LOGIC;
rst : in STD_LOGIC;
en     : in STD_LOGIC;  --enable work
dir     : in STD_LOGIC; --choice of direction acceleration/deceleration
Tmax : in STD_LOGIC_VECTOR (31 downto 0); -- maximum timing
Nsegment : in STD_LOGIC_VECTOR (7 downto 0); -- total segment acceleration/deceleration
T0 : in STD_LOGIC_VECTOR (31 downto 0); -- not used
Fmin : in STD_LOGIC_VECTOR (31 downto 0); --minimum  frequency
Fmax : in STD_LOGIC_VECTOR (31 downto 0); --maximum frequency
ena_work : out STD_LOGIC; --acceleration / deceleration time signal
out_shim : out STD_LOGIC );
end SMC;

Сильно не оптимизировал...
Конструктивная критика принимается.

Прикрепленные файлы

 Stepper_Motor_Controller.7z ( 407.49 килобайт ) Кол-во скачиваний: 51

 

[Golikov A.]

ну дело было так.
Шаговики с энкодером и управлением степ-дир через драйвер и микрошаг был настроен на примерно 1 отсчет энкодера.
У нас есть положение мотора в микрошагах и есть положение мотора по энкодеру.
У схемы управления 2 задачи:
1 выставить шаги в желаемую точку
2 не дать мотору (реальному его положению) убежать от магнитного поля (заданному драйвером через микрошаги) больше чем на шаг чтобы не было срыва мотора.

дальше у нас есть set_point - желаемое положение схемы, real_point - положение текущее по счетчику шагов и ref_point - текущее положение по энкодеру.

каждый такт управления считаем (set_point- real_point) чтобы понять куда двигаться.
каждый такт управления делаем до N шагов, например если N = 10 и set_point - real_point = 1, делаем 1 шаг, если set_point - real_point = 4 - делаем 4 шага, если разность 11 и больше, делаем 10. (эта цифра определяется из необходимой частоты схемы управления и возможностей драйвера по шагам и необходимой "глубины" управления)

так же мы проверяем чтобы |real_point - ref_point| был меньше полного шага (полушага). то есть
needStep = (set_point- real_point);
если (|needStep| > N(максимального числа шагов за такт управления)) ограничиваем |needStep| до N
если после этого (|real_point + needStep - ref_point| > limit)) ограничиваем needStep так чтобы мы не превысили лимит.

это первая простая пропорциональная ступень.

к примеру мы стоим в 0, нам ставят попасть в точку 50, лимит по энкодеру 10, шагов на такт управления 5
ref_point = 0, real_point = 0; set_point = 50; limit = 10, N = 5;
1. NS = 50 - 0 = 50; 50 > 5 -> NS = 5; (0 + 5 - 0) < 10-> NS = 5; схема делает 5 шагов
схема начала разгоняться, пусть прошла 1 шаг
ref_point = 1, real_point = 5; set_point = 50;
2. NS = 50 - 5 = 45, 45 > 5 -> NS = 5; (5 + 5 - 1) < 10 -> NS = 5; схема делаем 5 шагов
схема продолжает разгон, пусть прошла еще 2 шаг
ref_point = 3, real_point = 10; set_point = 50;
3. NS = 50 - 10 = 40, 40 > 5 -> NS = 4; (10 + 5 - 3) > 10 -> NS = 3; схема делает 3 шага
и так далее... в целом мотор может потом догнать схему управления и они пойду вместе, а может так и отставать до самого конца. величина насколько можно упустить мотор от поля определяет ускорение схемы (так как это сила с которой мотор тянет), а также величину перерегулирования.

При разгоне схема будет держать силу тяги в + 10 шагов, разгоняя мотор, если эта величина будет в полшага (в шаг по некоторым источникам), это будет максимально эффективный разгон
когда достигнута точка 50, NS = 0 до тех пор, пока мотор по инерции не пролетит это значение, дальше магнитное поле побежит за мотором, оно будет держать "силу тяги" в -10 шагов, тормозя мотор, если это величина будет в полшага (шаг по некоторым источникам) - то это будет максимально эффективное торможение. Сила торможения начнет нарастать сразу как мотор перейдет точку 50

При этом если при резонансах мотор кинет через пару шагов, схема это прекрасно отработает подвинув поле за мотором. Число шагов на такт регулирования определяет эту "глубину" управления, то есть какого уровня выбросы схема может отработать, быстро подвинув поле.

Дальше на это наворачивается уже следующая ступень управления, которая двигает set_point по желаемой траектории движения, мотор отработает эту траекторию, если ему хватит на это сил. Это новое звено уже может иметь интегральные и диф звенья для выполнения необходимой задачи по движению и конечному положению.

[a123-flex]

ну дело было так.

хитроумно.

Но с точными перемещениями на известной нагрузке схема проигрывает стандартному стеку в точности - насколько я понимаю в Вашей
схеме привод будет прецессировать +- N шагов вокруг заданной траектории по каждой оси, или примерно 2*N на 3 осях, что, при N=2 уже равно 4 шагам. Такая потеря точности для некоторых применений недопустима.

На неизвестной нагрузке наверно схема себя окупает.