【CNC——第9.1篇】使用Setup引导程序整定步进电机（开环步进电机整定方式之1）

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背景知识

控制理论知识：整定。

指南链接：

整定: 解释为啥要整定
文大侠：PMAC下位机-PMAC安装参数设置
官网手册：SOFTWARE REFERENCE MANUAL，即软件参考手册。
经典老教程: PMAC入门教程-让电机动起来。

I变量 是啥？

I变量决定系统的工作特性，如设置电机速度方向，精度，回零以及PID参数等。 这些变量的值被保存在内存里的固定位置，并有预定好的意义，改变I变量的值即改变其某种设定，如激活电机1，则设置，I100=1，反则I100=0。共有1024个I变量，从I0到I1023 ，如下所示：
在这里插入图片描述
所有变量定义见官网手册：SOFTWARE REFERENCE MANUAL，即软件参考手册。
在这里插入图片描述

整定伺服驱动的方法就是配置I变量的方法。

配置I变量的方法共有3种：

  1. Setup程序引导
  2. 终端Termianl输入指令
  3. Configure I变量配置面板直接修改

本文介绍第一个方法Setup程序引导 。

Setup程序引导整定

对于 Turbo卡，打开Pewin32Pro32程序，打开对于Setuo程序，如下图

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注意，以上案例只是为了拓展思路，仅供参考。在Arduino平台上实现FOC可以提供平滑的运行和高度的扭矩、速度和位置控制，它通过精确控制电机的电流和电压来实现高效率、高精度和低噪声的操作。步进电机对象和位置传感器对象的初始化：在setup()函数中，步进电机对象和位置传感器对象被初始化，通过指定引脚和步进电机的参数（步数每转、细分数等）来创建它们的实例。步进电机的模式选择：在案例2和案例3中，通过在步进电机对象的初始化中指定细分数（第三个参数）来选择步进电机的工作模式（全步进、半步进或微步进）。
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在Arduino平台上实现FOC可以提供平滑的运行和高度的扭矩、速度和位置控制，它通过精确控制电机的电流和电压来实现高效率、高精度和低噪声的操作。它适用于各种对噪音、速度和扭矩有一定要求的应用场景,但在使用时仍需注意电机参数建模、控制环路设计、信号采样、驱动芯片选择、位置传感器安装、电磁兼容等关键因素,以确保系统能够稳定高效地运行。5、创新：Arduino可以让你用电子的方式来表达你的创意和想象，你可以用Arduino来制作各种有趣和有用的项目，如机器人、智能家居、艺术装置等。
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电动执行器定位控制在生产生活中具有广泛的应用，在使用搭载步进电机的电动执行器进行定位控制的时候，定位系统的定位精度和响应波形，会随着负载质量的变化而变化，这是由电动执行器核心部件步进电机本身特性引起的。两相混合式步进电机作为应用最广泛的步进电机，在负载过大的时候，会出现丢步或失步的现象；在相同负载下，转速过高时会出现无法正常启动的现象。为了改善搭载步进电机电动执行器的控制效果，需要对步进电机的特性进行深入了解，需要对电动执行器的控制参数进行整定，仍采用固定的控制参数，将无法应对干扰剧烈的工作环境。 本文首
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随着自动化技术的发展和精密控制需求的增长，步进电机作为一种重要的执行元件在众多领域展现出了卓越的性能优势。步进电机，又称为步进驱动器或步进马达，是一种能够将电脉冲信号精确转换为角位移或直线位移的特殊电动机。其工作原理基于电磁力的作用，通过精确控制各相绕组的通电顺序和时序，实现电机转子步进式的旋转运动，因此特别适合于需要精确定位和重复定位的应用场合。步进电机的基本结构通常包括转子和定子两大部分。转子通常为多极永磁体或反应式结构，而定子则包含多个均匀分布的绕组。
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在Arduino平台上实现FOC可以提供平滑的运行和高度的扭矩、速度和位置控制，它通过精确控制电机的电流和电压来实现高效率、高精度和低噪声的操作。通过合理的设计与调试，可以实现高效、精确的运动控制，但在散热、电源要求、控制信号设置、步进电机参数标定、PWM频率调整、实时反馈机制和路径规划等方面仍需谨慎处理。这确保了电机的角度、速度或电流控制的精确性。5、创新：Arduino可以让你用电子的方式来表达你的创意和想象，你可以用Arduino来制作各种有趣和有用的项目，如机器人、智能家居、艺术装置等。
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在Arduino平台上实现FOC可以提供平滑的运行和高度的扭矩、速度和位置控制，它通过精确控制电机的电流和电压来实现高效率、高精度和低噪声的操作。这 几个案例展示了使用 Arduino FOC 简单 FOC 库实现步进电机位置控制的不同方式,包括闭环位置控制、开环位置控制和带有位置反馈的闭环位置控制。实际的应用可能需要更复杂的算法和配置，以适应具体的系统要求。5、创新：Arduino可以让你用电子的方式来表达你的创意和想象，你可以用Arduino来制作各种有趣和有用的项目，如机器人、智能家居、艺术装置等。
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步进电机PID
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步进电机的 PID（比例-积分-微分）控制是一种闭环控制方法，旨在提高步进电机的控制精度和动态响应。虽然步进电机本质上是开环控制系统，但通过引入反馈机制（如编码器或光栅尺），可以将其转化为闭环系统，从而实现对位置、速度或转矩的更精确控制。 ### PID 控制的基本原理 PID 控制器通过计算当前值与设定值（目标值）之间的误差，结合误差的积分和微分来生成控制信号，以调整系统的输出。其数学表达式如下： $$ u(t) = K_p e(t) + K_i \int_0^t e(\tau) d\tau + K_d \frac{de(t)}{dt} $$ 其中： - $ u(t) $：控制器输出 - $ e(t) $：误差（设定值 - 实际值） - $ K_p $：比例增益 - $ K_i $：积分增益 - $ K_d $：微分增益 ### 步进电机 PID 控制的实现方法 1. **位置控制模式** 在位置控制模式下，PID 控制器根据目标位置与实际位置之间的误差调整步进电机的步进角度，以实现精确的位置跟踪。编码器反馈用于检测实际位置，并与目标值进行比较。控制器通过调整步进脉冲的数量和频率来减小误差[^1]。 2. **速度控制模式** 在速度控制模式下，PID 控制器用于调节步进电机的转速。通过检测实际转速（通常通过编码器或霍尔传感器），控制器调整脉冲频率以维持设定速度。PID 控制可以有效抑制负载变化带来的速度波动，提高系统稳定性。 3. **转矩控制模式** 转矩控制模式下，PID 控制器调节步进电机的电流，以实现对输出转矩的精确控制。这种模式通常用于需要恒定力矩的应用，如机器人关节控制或张力控制系统。 ### PID 控制的实现步骤 1. **传感器反馈** 使用编码器、光栅尺或其他位置/速度传感器获取电机的实际状态。 2. **误差计算** 将设定值与反馈值进行比较，计算出误差。 3. **PID 运算** 根据误差值，计算比例、积分和微分项的总和。 4. **控制信号输出** 将 PID 运算结果转换为电机驱动信号（如脉冲频率或电流值），调整电机运行状态。 ### 示例代码（基于 Arduino 的 PID 控制） 以下是一个基于 Arduino 的简单 PID 控制步进电机的代码示例： ```cpp #include <PID_v1.h> // 定义 PID 参数 double Setpoint, Input, Output; double Kp = 2, Ki = 5, Kd = 1; // 创建 PID 对象 PID myPID(&Input, &Output, &Setpoint, Kp, Ki, Kd, DIRECT); void setup() { // 初始化编码器输入和电机输出 Setpoint = 100; // 设定目标位置 myPID.SetMode(AUTOMATIC); } void loop() { // 获取编码器反馈值作为输入 Input = readEncoder(); // 执行 PID 计算 myPID.Compute(); // 根据 Output 控制步进电机 controlStepperMotor(Output); } double readEncoder() { // 模拟编码器读取函数 return analogRead(A0); } void controlStepperMotor(double speed) { // 控制步进电机的速度或位置 analogWrite(9, speed); } ``` ### 应用场景 - **3D 打印机**：在 3D 打印过程中，PID 控制用于精确控制打印头的位置和移动速度，确保打印精度。 - **机器人**：机器人关节通常采用 PID 控制，以实现平稳和精确的运动控制。 - **CNC 机床**：PID 控制可提高 CNC 机床的加工精度和响应速度。 ### 总结 步进电机的 PID 控制通过引入反馈机制，显著提高了系统的控制精度和动态性能。通过合理调整 PID 参数，可以实现对位置、速度和转矩的精确控制，广泛应用于高精度运动控制领域。 ---
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