STM32步进电机控制算法介绍

STM32步进电机控制算法介绍

在STM32微控制器平台上控制步进电机时，需要高效算法来实现精确运动控制。步进电机的核心是通过脉冲信号驱动电机转动，每个脉冲对应一个步进角度。STM32通常利用定时器（如TIM）生成PWM脉冲，并结合算法优化性能。下面我将逐步介绍常见算法，从基础控制到高级优化，确保内容真实可靠，基于嵌入式系统开发实践。

1. 基本脉冲控制算法

• 原理：STM32通过定时器生成固定频率的PWM脉冲序列，每个脉冲驱动步进电机移动一步。步进角 $\theta_s$（单位为度）和脉冲频率 $f$ 决定了电机转速 $v$： $$v = \frac{\theta_s \cdot f}{360} \quad (\text{单位：rpm})$$ 其中，$f$ 是脉冲频率（Hz），$\theta_s$ 是步进角（例如1.8°）。
• 实现方式：使用STM32的HAL库配置定时器，产生PWM信号。关键参数包括脉冲宽度和占空比，确保电机响应稳定。
• 优点：简单易实现，适用于低速场景。缺点是易出现失步（step loss）或振动，尤其在启动/停止时。

2. 加减速控制算法

加减速算法用于平滑电机运动，避免失步和机械冲击。STM32通过动态调整脉冲频率实现。

• 梯形加减速（Trapezoidal Acceleration）

  • 原理：速度随时间线性变化，形成梯形速度曲线。加速度 $a$ 恒定： $$a = \frac{\Delta v}{\Delta t}$$ 其中，$\Delta v$ 是速度变化量，$\Delta t$ 是时间间隔。速度函数为： $$v(t) = \begin{cases} v_0 + a t & \text{加速段} \ v_{\text{max}} & \text{匀速段} \