技术特征：
1.一种步进电机的加减速曲线优化方法，其特征在于，包括：输入至少一个控制周期和每一控制周期对应的步进电机的初始角速度和角位移，其中所述控制周期为任意设定的控制所述步进电机转动的时间；在所述步进电机处于运转状态的条件下，根据每一所述控制周期、所述初始角速度和所述角位移计算角加速度；根据所述初始角速度和所述角加速度判断所述步进电机对应的转动模式，其中所述转动模式包括匀速模式、匀加速模式、匀减速未过零点模式和匀减速过零点模式；基于所述转动模式，计算每一控制周期下向所述步进电机发送的每一个脉冲的发生时刻和相邻脉冲的发生时刻间隔；根据所有所述控制周期下的所有所述发生时刻和所述发生时刻间隔得到优化的加减速曲线。2.根据权利要求1所述的加减速曲线优化方法，其特征在于，所述加减速曲线优化方法采用流水线技术执行。3.根据权利要求1所述的加减速曲线优化方法，其特征在于，所述根据所述初始角速度和所述角加速度判断所述步进电机对应的转动模式，具体包括：判断所述角加速度的值是否为0，得到第一判断结果；若所述第一判断结果为是，则确定所述转动模式为匀速模式；若所述第一判断结果为否，则判断所述初始角速度和所述角加速度的符号值是否相同，得到第二判断结果；若所述第二判断结果为是，则确定所述转动模式为匀加速模式；若所述第二判断结果为否，则判断所述初始角速度和控制周期乘积后绝对值的一半是否小于或等于所述角位移的绝对值，得到第三判断结果；若所述第三判断结果为是，则确定所述转动模式为匀减速未过零点模式；否则确定所述转动模式为匀减速过零点模式。4.根据权利要求1所述的加减速曲线优化方法，其特征在于，当所述转动模式为所述匀速模式时，相邻脉冲发生时刻间隔的表达式为：其中，c
i
为匀速模式下向所述步进电机发送的第i个和第i-1个脉冲的发生时刻间隔；f为处理器工作时钟频率；t为控制周期；n为步进数；η为所述步进电机的步距角；θ1为所述匀速模式下的角位移，θ1＝ω0t；ω0为所述步进电机的初始角速度。5.根据权利要求1所述的加减速曲线优化方法，其特征在于，当所述当前转动模式为所述匀加速模式时，相邻脉冲发生时刻间隔的表达式为：其中，c
i
为匀加速模式下向所述步进电机发送的第i个和第i-1个脉冲的发生时刻间隔；
f为处理器工作时钟频率；ω0为所述初始角速度；t为控制周期；η为所述步进电机的步距角；θ2为所述匀加速模式下的角位移，|θ2|>|ω0t|。6.根据权利要求1所述的加减速曲线优化方法，其特征在于，当所述当前转动模式为所述匀减速未过零点模式时，相邻脉冲发生时刻间隔的表达式为：其中，c
i
为匀减速未过零点模式下向所述步进电机发送的第i个和第i-1个脉冲的发生时刻间隔；f为处理器工作时钟频率；ω0为所述初始角速度；t为控制周期；η为所述步进电机的步距角；θ3为所述匀减速未过零点模式下的角位移，0.5*|ω0t|≤|θ3|<|ω0t|。7.根据权利要求1所述的加减速曲线优化方法，其特征在于，当所述当前转动模式为所述匀减速过零点模式中的减速模式时，向所述步进电机发送的相邻脉冲发生时刻间隔的表达式为：其中，c
i
为所述匀减速过零点模式中的减速模式下向所述步进电机发送的第i个和第i-1个脉冲的发生时刻间隔；f为处理器工作时钟频率；ω0为所述初始角速度；t为控制周期；η为所述步进电机的步距角；θ4为所述匀减速过零点模式下的角位移，|θ4|<0.5*|ω0t|；t
a
为所述减速模式下的控制周期；θ
41
为所述匀减速模式下的角位移；当所述当前转动模式为所述匀减速过零点模式中的加速模式时，向所述步进电机发送的相邻脉冲发生时刻间隔的表达式为：
其中，t
b
为所述加速模式下的控制周期；θ
42
为所述加速模式下的角位移。8.一种步进电机控制系统，其特征在于，所述控制系统为在fpga芯片上设计的步进电机控制器ip核，所述ip核包括：接口模块，与软核处理器通过avalon总线连接，用于将所述软核处理器的控制指令发送至所述曲线算法模块；曲线算法模块，与所述接口模块连接，用于在收到所述控制指令后采用流水线技术执行如权利要求1-7任一项所述的加减速曲线优化方法得到优化的加减速度曲线；脉冲生成模块，与所述曲线算法模块连接，用于根据所述优化的加减速曲线输出脉冲，根据所述脉冲控制所述步进电机转动。9.根据权利要求8所述的步进电机控制系统，其特征在于，所述曲线算法模块设有时钟门控；所述曲线算法模块根据执行如权利要求1所述的加减速曲线优化方法的时间控制所述时钟门控。10.一种利用权利要求8-9任一项所述的控制系统的步进电机控制方法，其特征在于，包括：接收软核处理器的控制指令；根据所述控制指令，采用流水线技术执行如权利要求1-7任一项所述的加减速曲线优化方法，得到优化的加减速度曲线；根据所述优化的加减速曲线输出脉冲；根据所述脉冲控制所述步进电机转动。
技术总结
本发明涉及一种步进电机的加减速曲线优化方法、控制方法及系统，涉及步进电机控制技术领域，通过将步进电机运动过程划分为四种非零速启停转动模式，包括匀速模式、匀加速模式、匀减速未过零点模式和匀减速过零点模式，分别针对每一种模式计算脉冲发生时刻和相邻脉冲的发生时刻间隔，并基于这四种模式下的脉冲发生时刻和发生时刻间隔优化加减速曲线。利用优化的加减速曲线驱动步进电机从一定速度启动，与由静止启动的线性加减速曲线相比，步进电机在加速过程中所需的动态扭矩更小，加速至中高速情况下控制性能更好。速情况下控制性能更好。速情况下控制性能更好。
技术研发人员：王邦继 刘杰 刘庆想 伍鹏程 邱嵩
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：2022.04.02
技术公布日：2022/11/29