应用微机控制步进电机速度的优点是灵活方便、可靠性高以及造价低。本文就步进电机的变速过程和变速原理提出新的看法，以便更好地设计步进电动机的速度控制程序。

    所谓步进电机的速度控制就是控制步进电动机产生动作时间，使步进电机按照给定的速度规律进行工作。

    首先考虑步进电机的匀加速过程。若步进电动机在初始时刻to=0的速度为零，现在要求步进电机按匀加速度（a>0）加速，终止速度是y，步进电机的速度控制曲线如图中的曲线I（虚线）所示。

    步进电机的步进时间是离散的，它的工作过程是走一步停一下的循环过程。直线1只是理想的速度曲线，而决不是实际的速度曲线。

    在to时刻进给脉冲Mo，步进电机走一步，其位移为l步，间隔Ti秒的，在时刻进给脉冲Mi，容易看出步进在时间区间的平均速度是

 

    平均速度曲线如图la的直线段AiBi所示。连结0，Bi两点，为了使直线OBi和理想速度曲线I重合，别Ti规满足

    (a)曲线I：理想加速曲线，曲线Ⅱ：终止速度在V2和V3之间的加速原理曲线OBIBZB

    (b)与曲线I相应的位移一时间曲线

    (c)与曲线I相应的进给脉冲序列

    若L为相邻两个进给脉冲Mf_J，Mf的时间间隔（单位：s），Vi为步进电机在时间间隔( t/-/，ff)的平均速度（单位：步／秒），则

   其相应的平均速度曲线分别是直线段和Ai+iBi+i，连接Bi、Bi+i两点，直线BiBi+i和理想曲线I重合，则T须满足

若约定Vo=o时，把它代入(4)式确定Ti，仍有(2)式所给出的结果。

    这里再次强调指出，y是步进电机在时间间隔T.内的平均速度，(3)式是一个精确的解析表达式；≠决不是进给一步后的末速度。步进电机在f，时刻的末进速度Vi是实际位移曲线（如图lb曲线Ⅲ所示）在ti时刻的切线的斜率，实际末速度Vi很难用解析式表示。用运动学规律无法解释曲线I是实际速度曲线，也无法解释它在ti时刻的速度值等于≠i。

    从上面的分析可以看出步进电机的速度控制实际上是按分级调速方式进行的。一般情况下，终止速度往往不是图l口上的圆弧点。那么用公式(4)无法确定，因此最后一个脉冲时间间隔L应取

    当不等式的右端为严格不等式时，此时步进电动机在T内的平均速度曲线是不和理想速度曲线I重合，它位于曲线I的下方。步时电动机的最后一级的加速度a

    当不等式(5)的右端的等号成立时。就是理想速度曲线上的一个点。文中称连接线。为加速原理曲线。

    最后一个进给脉冲的时间间隔。可以由已知的矿。求出，利用(4)式可以反过来确定T。

    若加速原理曲线和理想速度曲线重合，则按(6)式递推m步有

 

    若加速原理曲线和理想速度曲线不重合，则有

    

      从(7)式可看出按照(6)式确定进给脉冲间隔时间，则V1是位于原理曲线段OBi的内点。

    按照公式(4)和(6)确定进给脉冲时间间隔分别是正向计算和反向计算。如果正向计算时，加速原理曲线的最后一段。不和理想曲线重合，则按照反向计算，加速原理曲线的第一段OC1和理想曲线不重合。而它们的进给脉冲时间间隔也不相同，加速所需的时间也不相同，后者大于前者，它们又都大于按照理想曲线加速所需用的时间。图2是按照反向计算进行加速的原理示意图。

   

    曲线I：终止速度为V4时理想加速曲线，以及正向加速原理曲线和反向原理加速曲线三者重合

    曲线Ⅱ：终止速度在V2和V3之间的反向加速

    匀减速过程只是匀加速过程的逆过程。按照匀加速原理确定的进给脉冲时间间隔序列逆序排列就得到匀速过程的进给脉冲时间间隔序列。

    步进电动机的匀速控制就更简单了，它的进给脉冲时间间隔等于古。

    对于步进电动机的速度控制曲线，无论它多么复杂，可以把它分段线性化，它的每一段都是上文所述的三种（匀加速、匀减速、匀速）中的一种。

    实现步进电机的速度控制，关键的问题是正确确定相邻两步的时间间隔。而要作到这点，必须正确地理解步进电动机的速度控制原理，以及有一套完整的计算公式。

    一般情况下，步进电动机的速度控制曲线是予先规定好的，速度控制是开环控制，没有必要采用在线计算控制速度。时间间隔计算式(4)和(6)式都比较繁琐，通常是采用离线计算，求得各个7i，通过一张延时时间表把丁，编入程序中，然后按照表地址依次取出下一步进给的T值，通过延时程序或者实时时钟控制器产生给定的时间间隔，发出相应的步进命令。若采用延时程序来获得进给时间，那么CPU在控制步进电动机期间，不能作其它工作。CPU读T值后，就进入延时一循环程序，延时时间到，便调用脉冲分配子程序，等返回后重复

此过程，直到全部进给完毕为止。若采用实时时钟控制器，速度控制程序应在进给一步后，把下一步的T-[i]值送入定时计数器的时间常数寄存器，然后CPU就进入筹待中断状态或者处理其它事务，当定时计数器的延时一到，就向CPU发出中断请求，CPU接受中断后立即响应，转入脉冲分配的中断服务程序。

 

    参考文献

    1谢剑英．微型计算机控制技术．国防出版社，1985：12

    2刘敏清，王元一．微机在自动控制系统中的应用．北京：中国铁道出版社，1987