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閱讀：11發(fā)布時(shí)間：2026-5-27
船用儀表用步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)(二)
（本資料由優(yōu)利德、萬(wàn)用、三和 欣寶一級(jí)代理—深圳海旭儀器儀表提供）
步進(jìn)電機(jī)組合電阻式細(xì)分驅(qū)動(dòng)的軟件設(shè)計(jì)
1、指示參數(shù)位置與步進(jìn)電機(jī)微步數(shù)的關(guān)系
在本設(shè)計(jì)中，要顯示的參數(shù)有溫度、壓力、轉(zhuǎn)速和電壓。溫度顯示范圍為40℃’120℃，壓力顯示范圍為O“1MPa，轉(zhuǎn)速顯示范圍為0～3 000 r/min，電壓顯示范圍為18 V～32 V。在此對(duì)溫度顯示與步進(jìn)電機(jī)微步數(shù)的計(jì)算關(guān)系進(jìn)行說明，其余三表類似。根據(jù)廠家給定的溫度面板滿量程刻度為112.5。步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)中每一步旋轉(zhuǎn)角度(1/12)，因此當(dāng)達(dá)到滿量程時(shí)步進(jìn)電機(jī)的微步數(shù)為step=112.5×12=1 350步。但溫度是從40℃開始顯示的，應(yīng)將40℃作為指示零點(diǎn)，且滿量程為120℃，滿量程點(diǎn)與初始點(diǎn)相差溫度為80℃，而它們之間的物理角度差為112.5。，因此溫度每相差一度，指針應(yīng)走過的物理角度為(112. 5/80)，溫度與電壓近似成線性關(guān)系
根據(jù)式(2)和式(3)就可計(jì)算出相對(duì)應(yīng)的目標(biāo)溫度值y，再根據(jù)式(4)就可計(jì)算出目標(biāo)溫度相對(duì)應(yīng)的儀表指針位置，即指針距初始點(diǎn)(“？0℃”點(diǎn))的微步數(shù)。將此位置與指針的當(dāng)前位置進(jìn)行比較，即可得到指針應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向和轉(zhuǎn)角。由此可建立溫度一微步數(shù)表，通過查表的方式就可得到目標(biāo)溫度值所對(duì)應(yīng)的微步數(shù)。由于溫度與電壓之間的非線性關(guān)系及電機(jī)齒輪的誤差影響，導(dǎo)致滿度定位有偏差，可以通過分段線性處理的方法，在半滿量程點(diǎn)、2/3滿量程點(diǎn)和滿量程點(diǎn)，對(duì)式(4)進(jìn)行補(bǔ)償修正，從而獲得準(zhǔn)確的定位。
2、儀表指針跟蹤算法的實(shí)現(xiàn)
儀表指針運(yùn)行的效果要求平滑且跟蹤快，要滿足這兩項(xiàng)要求，必須要有好的升降頻控制算法，因此必須在軟件設(shè)計(jì)上配合實(shí)現(xiàn)硬件電路的細(xì)分驅(qū)動(dòng)。硬件電路提供驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的階梯波形，軟件設(shè)計(jì)將控制此波形的時(shí)間間隔，使得指針快速、精準(zhǔn)地定位，并且平滑、無卡滯地運(yùn)行。主要包括指針歸零模塊、分頻驅(qū)動(dòng)中斷模塊、跟蹤控制模塊。
常用的升降頻控制方法有3種
直線升降頻、指數(shù)曲線升降頻、拋物線升降頻。直線升降頻是以恒定的加速度進(jìn)行升降，平穩(wěn)性較好，適用于速度變化較大的快速定位方式。軟件實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，但其加速度時(shí)間比較長(zhǎng)，指數(shù)升降頻控制具有較強(qiáng)的跟蹤能力，但當(dāng)速度變化較大的時(shí)候其平衡性較差。拋物線升降頻是將直線升降頻和指數(shù)曲線升降頻相融合，充分考慮到步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)的有效轉(zhuǎn)矩，使升降速的時(shí)間大為縮短，同時(shí)又考慮使其具有較強(qiáng)的跟蹤能力，這是一種比較好的升降頻控制方法，本設(shè)計(jì)所采用的升降頻控制方法正是此方法。指針跟蹤程序流程圖如下圖所示，查參數(shù)一微步數(shù)表得到目標(biāo)微步數(shù)后，與當(dāng)前位置比較確定指針的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)角。為使指針能快速跟蹤、準(zhǔn)確定位，需要按拋物線升降頻法，建立一張位置差值一指針?biāo)俣缺?，?dāng)目標(biāo)位置離當(dāng)前位置較遠(yuǎn)時(shí)，指針?biāo)俣容^快，反之則較慢，如參數(shù)突然變化較大，不能直接從上一較快（較慢）的指針?biāo)俣纫淮巫兓捷^慢（較快）的目標(biāo)速度，會(huì)使指針產(chǎn)生卡滯、抖動(dòng)等現(xiàn)象，此時(shí)應(yīng)在程序中控制指針?biāo)俣葷u進(jìn)的變化。
將步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用到船用儀表中，推動(dòng)了數(shù)字化指針儀表的發(fā)展，顯示方式更符合人機(jī)工程學(xué)的要求。本文對(duì)實(shí)現(xiàn)組合電阻式步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)的軟硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了描述，與專用芯片法（硬件）和PWM脈寬調(diào)制法（軟件）相比，性價(jià)比較好。儀表指針跟蹤位置的準(zhǔn)確性、快速性及運(yùn)行平穩(wěn)性都超過了普通模擬指針表的功能，有著較強(qiáng)的通用性和廣闊的應(yīng)用前景。該儀表已通過廠家的裝船測(cè)試，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并已交付使用，運(yùn)行正常。
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