随着转速提高而下降，由此带来如下问题：１）若外部负载太大，则造成阻力太大，步进电动机无法起动，应重新选用电动机；２）若起动转速太大，则步进电动机无法起动，需要通过多次试验得出起动转速；３）若速度上升过快，力矩下降过快，容易造成失步，若速度下降过快，力矩上升过快，容易造成过冲，需要设计合适的升降速曲线，进而控制步进脉冲频率，使上升速度和下降速度平缓一些［２］。总之，步进电动机升降速曲线保持在矩频特性曲线下方，即可保证步进电动机在起动、停止和升降速过程中不失步和不过冲，这是步进电动机升降速控制的原则。
1升降速参数生成软件算法
通过对步进电动机矩频特性的分析可以看出，步进电动机的控制应设置正确的起停转速，并且以最快的速度转到设定位置，整个过程要求不失步、不过冲。步进电动机的起动频率一般比最高运行频率低很多，逐渐提高步进脉冲频率可以使步进电动机以最快的速度转到位。起动频率主要靠试验确定，升降速曲线的设计就是要寻求一种与步进电动机矩频特性相适应的速度控制方案。常见的升降速方案有直线型、Ｓ型和指数型等。根据步进电动机的矩频特性，起动阶段负载转动惯量较大，升速曲线应缓和一些；高速阶段，步进电动机转矩下降较快，转速也应缓和上升。降速曲线与升速曲线对称，可以得出，Ｓ型曲线是最适合的升降速方案。下述介绍升速曲线的设计步骤以及升速参数的生成方法，同理可得降速曲线和降速参数［３－６］。
2基于ＭＡＴＬＡＢＧＵＩ的升降速参数生成软件
ＭＡＴＬＡＢＧＵＩ人机界面优良，且拥有ＭＡＴ－ＬＡＢ软件强大的计算能力，本文选择ＭＡＴＬＡＢＧＵＩ作为开发工具。软件输入变量包括：步距角θ、起动转速ｖ０、终止转速ｖｔ、微控制器控制周期ｔ、步进电动机转动总时间Ｔ、矩频特性曲线拟合阶数ｎ、转矩－转速曲线拟合阶数ｎ１。输出量为升降速转速参数。软件设计中主要用到了ＭＡＴＬＡＢ曲线拟合函数ｐｏｌｙｆｉｔ（）和曲线插值函数ｐｏｌｙｖａｌ（），避免了使用复杂的数学公式，使得本文所设计的步进电动机升降速参数生成软件十分简洁实用。软件运行效果如图３所示。图３ａ所示为矩频特性曲线拟合示意图，点划线为某型步进电动机矩频特性曲线，三角和点化线为留有余量的矩频特性曲线，实线为根据式１进行插值所得到的曲线，该曲线在步进电动机矩频特性曲线的下方，满足设计要求。图３ｂ所示为拟合后的生成参数曲线，其中，横坐标为参数个数，纵坐标为生成参数，曲线大致符合Ｓ型升速曲线，满足步进电动机的升速需求。降速是升速的逆过程，逆序排列升速参数即可得到降速曲线。设转动总时间为３ｓ，微控制器控制周期为０．１ｓ，步距角为０．６°，起动速度为１００ｒ／ｍｉｎ，对软件生成的参数进行简单修改，得到最终生成的升速参数，见表２。
3结语
针对步进电动机的失步和过冲问题，介绍了步进电动机控制系统硬件，分析了步进电动机的矩频特性，总结出了步进电动机升降速控制原则，提出了一种利用曲线拟合的升降速曲线设计步骤及升降速参数生成方法，并利用ＭＡＴＬＡＢＧＵＩ工具开发了升降速参数生成软件。软件的成功开发对各型步进电动机的控制均具有一定的工程应用价值。
作者：范巧艳 单位：西安职业技术学院
