求多任务系统中步进电机的平稳运行方案 -

标题: 求多任务系统中步进电机的平稳运行方案 [打印本页]

作者: hxdby 时间: 2022-8-3 17:37
标题: 求多任务系统中步进电机的平稳运行方案

调了好几天都没搞定，发现步进电机驱动起来很简单，但是要想电机转动平稳太难了，尤其是在多任务的系统中。
我的系统现在有多个任务，就是在while(1)循环中有好几个函数需要执行，步进电机驱动是其中一个，现在如果把步进电机测试函数
单独放在while(1)中，如下

int main(void)
{

while(1)
{
motor_test(); //步进电机驱动
}

}

那么步进电机运转很丝滑，很平稳，我通过多次调试找到了延时设置为1500us时，电机运转最平稳，当然这只限于while(1)中只有这一个函数时，

如果我同时运行其他任务，如下

int main(void)
{

while(1)
{
motor_test(); //步进电机驱动
read_sensor();
status_update();

}

}

void motor_test()
{

PAH; PBL;PCL;PDL;
SysTick_delay_us(1500);
PAH; PBH;PCL;PDL;
SysTick_delay_us(1500);
PAL; PBH;PCL;PDL;
SysTick_delay_us(1500);
PAL; PBH;PCH;PDL;
SysTick_delay_us(1500);
PAL; PBL;PCH;PDL;
SysTick_delay_us(1500);
PAL; PBL;PCH;PDH;
SysTick_delay_us(1500);
PAL; PBL;PCL;PDH;
SysTick_delay_us(1500);
PAH; PBL;PCL;PDH;
SysTick_delay_us(1500);
}

那么，电机会转起来，但是会产生震动，怎么调整延时值都没用，1500上下的延时我都试过了，一样震动，可能有人会说，用定时器中断，我当然试过，而且调试了很长时间，一样的结果也是震动，我知道是其他程序影响了电机运转，但不至于对时间要求这么精确把？其他的程序执行会分掉时间，但不至于会影响到电机这么严重吧？
我甚至把这两个函数read_sensor();和status_update();用时间片轮询的方法写了一遍，就是给他们分配更长的执行时间，让步进电机执行时间尽可能短，也还是不行，还是震动。

真的没有思路了，大家有什么好的思路吗？可以解决震动问题

作者: lkc8210 时间: 2022-8-3 22:54
定时器中断内是怎么写的？
直接放motor_test()进中断？

作者: haiyang201 时间: 2022-8-4 08:05
定时器中断中来分别执行步进电机每一步

作者: fj51hei 时间: 2022-8-4 08:18

lkc8210 发表于 2022-8-3 22:54
定时器中断内是怎么写的？
直接放motor_test()进中断？

那应该是吧！哈哈楼主土豪直接一个一个1500us延时整个驱动下来消耗多少时间，确实只能一个函数运行，放那都一样

作者: glinfei 时间: 2022-8-4 10:39
你的问题是每个八拍间的延迟，关键看其他任务占时是多少，如果在1.25毫秒内，看剩多少在motor-test()最后那句找齐。如果其他任务时间不确定，就通过中断计时，改步进电机程序，判断中断计数执行相应步

作者: glinfei 时间: 2022-8-4 10:44
刚才回答没仔细看你的问题，我觉得你不是延时的问题是电源的问题，一般步进电机对时间要求没那么精确，震动是电源功率不足或者转速太快。

作者: wulin 时间: 2022-8-4 12:56
int main(void)
{
while(1)
{
motor_test(); //步进电机驱动
read_sensor();
status_update();
// SysTick_delay_us(xxxx);//选用
}
}

void motor_test()
{
static unsigned char i=0;
switch(i)
{
case 0: PAH;PBL;PCL;PDL; break;
case 1: PAH;PBH;PCL;PDL; break;
case 2: PAL;PBH;PCL;PDL; break;
case 3: PAL;PBH;PCH;PDL; break;
case 4: PAL;PBL;PCH;PDL; break;
case 5: PAL;PBL;PCH;PDH; break;
case 6: PAL;PBL;PCL;PDH; break;
case 7: PAH;PBL;PCL;PDH; break;
}
i=++i%8;
}

作者: Hephaestus 时间: 2022-8-4 13:36
放在定时中断里面，难道你不会用中断？

作者: wufa1986 时间: 2022-8-4 13:47
步进驱动放到定时中断

作者: 624353765 时间: 2022-8-4 14:20
步进电机直接放定时器中驱动

作者: fbn20050523 时间: 2022-8-4 15:57
看我发的帖子http://www.51hei.com/bbs/dpj-220045-1.html

作者: hxdby 时间: 2022-8-4 20:59

lkc8210 发表于 2022-8-3 22:54
定时器中断内是怎么写的？
直接放motor_test()进中断？

现在问题分两种情况：
一种是如上面的1500us的延时写法，while(1)循环里只放motor_tet(), 电机运转丝滑很平稳，如果同时放其他函数，电机就会发生震动，无论怎么调延时都没用。

另一种情况是，用定时器中断写法，定时器中断写法问题更严重，无论while(1)循环里是只放motor_tet()，还是同时放其他函数，都会发生震动，感觉转动很不连续。我怀疑是不是我的定时器中断程序写错了？或者我的中断开多了？因为我程序里总共开了三个中断，一个20ms, 一个1ms，再就是systick中断是100us进一次，我是把电机控制放在systick中断里，如下
void SysTick_IrqHandler(void) //配置滴答时钟每100us进一次中断
{
   if(motor_run_flag==1)
{
      motor_run_cnt++;
}

}

我没有把motor_test()直接放在中断里，而是定义了一个计数器在中断计数，电机运行放在主程序，根据中断计数，到一定时间就翻转IO，这样做是为了方便控制，可以设置电机速度，如下
void motor_test(uint16_t speed) //四相八拍
{
            motor_run_flag=1;
if(motor_run_cnt<speed) //speed以1500us为例，speed=15,100us进一次中断
{
PAH;PBH;PCL;PDL; //A
}
else if(motor_run_cnt<speed*2) //3000
{
PAL;PBH;PCH;PDL; //AB
}
else if(motor_run_cnt<speed*3) //4500
{
PAL;PBL;PCH;PDH; //B
}
else if(motor_run_cnt<speed*4) //6000
{
PAH;PBL;PCL;PDH; //BC
}
else if(motor_run_cnt<speed*5) //7500
{
PAL;PBL;PCH;PDL; //C
}
else if(motor_run_cnt<speed*6) //9000
{
PAL;PBL;PCH;PDH; //CD
}
else if(motor_run_cnt<speed*7) //10500
{
PAH;PBL;PCL;PDH; //D
}
else if(motor_run_cnt<speed*8) //12000
{
PAH;PBL;PCL;PDH; //DA
}
else
{
angle_cnt++;  //运行完上面八拍自增一次，记录运行了几个八拍
if(angle_cnt>= 4096) //当运行到4096个八拍时停止电机
{
motor_run_cnt=0xF4240; //停止计数
angle_cnt= 4096;
PAL;PBL;PCL;PDL; //停止

}
else //未计数到4096时循环运行
{
motor_run_cnt =0;
}

}
}

以上的程序还不完善，只是为了测试，第一次做电机不知道写的对不对，但感觉还是有点问题，因为上面的程序直接放在while(1)中电机无论调到哪个速度都会震动始终不能平稳运行，更别说while(1)中还有其他程序，所以感觉这个代码肯定是有问题的。

作者: hxdby 时间: 2022-8-4 21:03

glinfei 发表于 2022-8-4 10:44
刚才回答没仔细看你的问题，我觉得你不是延时的问题是电源的问题，一般步进电机对时间要求没那么精确，震动 ...

问题是我现在用1500us的延时，在while(1)循环中只放motor_test()这个函数，电机没有任何震动，运转非常丝滑，连声音都几乎听不到，非常细腻，但是一旦while(1)中放了其他函数，电机就开始震动，无论你设置什么延时都不能解决。我步进电机是12V 24BJY48减速电机，用的是ULN2003驱动，外部电源的最大输出是2A，应该带的动吧？单片机IO是3.3V电平，可以驱动ULN2003吗？但是如刚才说，在while(1)循环中只放motor_test()这个函数，电机没有任何震动，运转非常丝滑。

作者: hxdby 时间: 2022-8-4 21:11

fj51hei 发表于 2022-8-4 08:18
那应该是吧！哈哈楼主土豪直接一个一个1500us延时整个驱动下来消耗多少时间，确实只能一个函数运行， ...

你错了，这样写是为了测试我的电机是不是有问题，刚开始我是定时器中断写法，但是怎么都不能解决震动，我用这种延时写法来测试到底是程序问题还是电机问题，并不是我的项目中要这样写。我的单片机是M4核，200M主频，192K RAM，我测试过，就算我用这种1500us延时放在while(1)循环一直运行，都丝毫不会影响我其他程序的运行，现在的问题是电机运行不连续有震动，我认为是程序需要优化，但肯定不会用这种延时写法，只是为了测试用

作者: hxdby 时间: 2022-8-4 21:30

wulin 发表于 2022-8-4 12:56
int main(void)
{
while(1)

感谢提供代码，我试试

作者: glinfei 时间: 2022-8-5 08:42

hxdby 发表于 2022-8-4 21:03
问题是我现在用1500us的延时，在while(1)循环中只放motor_test()这个函数，电机没有任何震动，运转非常丝 ...

我都是用5v驱动ULN2003，3.3V单独驱动它也没问题，但你又接了其他传感器，就不一定行了。步进电机本来为了控制动作，就是根据任务调整延时的，你的问题时出现震动，这不是延时造成的。

作者: lkc8210 时间: 2022-8-5 09:54

hxdby 发表于 2022-8-4 20:59
现在问题分两种情况：
一种是如上面的1500us的延时写法，while(1)循环里只放motor_tet(), 电机运转丝滑 ...

把7楼的motor_test()放到1500us中断里运行看看

作者: hxdby 时间: 2022-8-5 10:05

lkc8210 发表于 2022-8-5 09:54
把7楼的motor_test()放到1500us中断里运行看看

好的，我也正想这样试试

作者: hxdby 时间: 2022-8-5 10:09

glinfei 发表于 2022-8-5 08:42
我都是用5v驱动ULN2003，3.3V单独驱动它也没问题，但你又接了其他传感器，就不一定行了。步进电机本来为 ...

我也感觉不是延时问题，总感觉是定时中断被什么打断了，因为我系统里总共开了三个中断，是不是优先级设置的不够不打断了？因为现在电机的现象就是震动，运转不连续，而且扭矩很小。

下一步我准备按照Ikc8210建议，用wulin的代码，直接放到1500us的中断里试试，同时把这个中断优先级设置到最高，不能被抢占，不能被打断。

作者: yzwzfyz 时间: 2022-8-5 14:10
其实很简单，道理：牛顿定律，F=M*a。
你给电机通电，就是给电机加力F，这个F是有极限的（取决于电机的功率）。
电机有负载，就是M，M与负载的大小相关，所以加速度a不是恒量。
平稳：当a恒定时，给你的感觉就平稳了。
电机从静止到有速度，或从速度1，过渡到速度2是需要时间的，在F、M的限制下，过渡过程需要的时间T就需要关注了，这也是你唯一可智能控制的参数（提速度的时间）。
你的极限提速时间（从频率1升（降）到频率2）是T，如果变频太快，就会感觉到有“振动”，其实是F<M*a，拖不动，电机失步了。
就简单的升速控制T方案是延时DT，明白上述道理后就会知道DT是个变量，你提出1500us，只是在某一个点的工况下OK，换个工况就不一定OK了。
搞定步进电机，也是需要物理知识的，更需要有智慧找出控制方案。

作者: hxdby 时间: 2022-8-5 16:31

fbn20050523 发表于 2022-8-4 15:57
看我发的帖子http://www.51hei.com/bbs/dpj-220045-1.html

你这个比较高级，我这个控制比较简单，主要就是控制一个流量阀的开合，来控制气体的流量，匀速运动就可以了，也不需要很快的转速，主要是位置比较重要。你这个代码主要是用于哪方面的控制？

作者: iamluckman 时间: 2022-8-6 00:40
你的步进电机是四相五线的，还是两相四线的

作者: iamluckman 时间: 2022-8-6 00:44
震动，是原地左右摆动，通常是驱动时序错了。

作者: Hephaestus 时间: 2022-8-6 13:50

iamluckman 发表于 2022-8-6 00:40
你的步进电机是四相五线的，还是两相四线的

都说了是ULN2003驱动，你还不知道几根线？

作者: hxdby 时间: 2022-8-6 21:52

iamluckman 发表于 2022-8-6 00:40
你的步进电机是四相五线的，还是两相四线的

24BJY48，步进减速电机，四相八拍驱动方式，四相五线

作者: hxdby 时间: 2022-8-6 21:54

iamluckman 发表于 2022-8-6 00:44
震动，是原地左右摆动，通常是驱动时序错了。

不是原地左右摆动，是可以按照程序运转一圈或几圈，就是运行的同时有震动

作者: iamluckman 时间: 2022-8-9 02:37

hxdby 发表于 2022-8-6 21:54
不是原地左右摆动，是可以按照程序运转一圈或几圈，就是运行的同时有震动

MCU stc90c52rc

作者: iamluckman 时间: 2022-8-9 02:41

hxdby 发表于 2022-8-6 21:54
不是原地左右摆动，是可以按照程序运转一圈或几圈，就是运行的同时有震动

你试试这个会不会顿挫感
mcu stc90c52RC
晶振 11.0592
电机 28BYJ-48

#include "STC89.h"
//#include "main.h"
#include "intrins.h"

typedef unsigned char uchar;
typedef unsigned int uint;
typedef  uchar u8;
typedef  uint u16;
typedef  long int u32;
#define nop _nop_()

#define FOSC 11059200L    //晶振
#define BAUD 9600          //波特率
#define Forward 1
#define Backward 0

#define M1_A P10
#define M1_B P11
#define M1_C P12
#define M1_D P13

#define Delay_2003  nop

void Delay100ms() //@11.0592MHz
{
unsigned char i, j, k;
_nop_();
_nop_();
i = 5;
j = 52;
k = 195;
do
{
      do
      {
         while ( --k );
      }
      while ( --j );
}
while ( --i );
}
//-----------------------------------------------
//direction 正反转
//run_part  运行步数
u8 M1_run ( u8 direction,u16 run_part  ) ////减速比 1/64
{
// static u16 f=2000;
static u8 M1_part=1;
static u16 part=0;
static bit f=0;
static u16 _run_part;
if ( f==0 ) //是一个新数据
{
      _run_part=run_part;//新步数载入缓存
      part=0;//拍数从零开始
      f=1;//
}
if ( part<_run_part )
{
      part++;//记录已运行步数
      if ( direction==Forward ) //正转
      {
         if ( M1_part ==8 )
         {
            M1_part=0;
         }
         M1_part++;
      }
      else if ( direction==Backward ) //反转
      {
         if ( M1_part==1 )
         {
            M1_part=9;
         }
         M1_part--;
      }
      switch ( M1_part )
      {
      case ( 1 ) :
         M1_A =1;
         M1_B =0;
         M1_C =0;
         M1_D =0;
         Delay_2003;
         break;
      case ( 2 ) :
         M1_A =1;
         M1_B =1;
         M1_C =0;
         M1_D =0;
         Delay_2003;
         break;
      case ( 3 ) :
         M1_A =0;
         M1_B =1;
         M1_C =0;
         M1_D =0;
         Delay_2003;
         break;
      case ( 4 ) :
         M1_A =0;
         M1_B =1;
         M1_C =1;
         M1_D =0;
         Delay_2003;
         break;
      case ( 5 ) :
         M1_A =0;
         M1_B =0;
         M1_C =1;
         M1_D =0;
         Delay_2003;
         break;
      case ( 6 ) :
         M1_A =0;
         M1_B =0;
         M1_C =1;
         M1_D =1;
         Delay_2003;
         break;
      case ( 7 ) :
         M1_A =0;
         M1_B =0;
         M1_C =0;
         M1_D =1;
         Delay_2003;
         break;
      case ( 8 ) :
         M1_A =1;
         M1_B =0;
         M1_C =0;
         M1_D =1;
         Delay_2003;
         break;
      }
}
else if ( part>=_run_part )
{
      M1_A =0;
      M1_B =0;
      M1_C =0;
      M1_D =0;
//       part=0;
      f=0;
}
return f;
}
//-----------------------------------------------
void TIME0_INIT ( void )
{
// AUXR &= 0x7F; //定时器时钟12T模式
TMOD &= 0xF0; //清空定时器模式
TMOD |= 0x01; //设置定时器模式16位
TL0 = ( 65536 - FOSC / 12 / 1000 ); // 1ms  的初装值*/
TH0 = ( 65536 - FOSC / 12 / 1000 ) >> 8;
ET0 = 1;    //允许定时器0中断
TF0 = 0; //清除TF0标志
EA = 1;    //允许总中断
TR0 = 1; //定时器0开始计时
}
//------------------------------
bit M1_flag;
void time0() interrupt 1    //定时/计数器中断
{
// static bit a=1;
TF0 = 0; //清除TF0标志
TL0 = ( 65536 - FOSC / 12 / 1000 ); //设置定时初值 65536-fosc/12/1000  /*12T时定时器每 1ms  的初装值*/
TH0 = ( 65536 - FOSC / 12 / 1000 ) >> 8; //设置定时初值 TF1 = 0; //清除TF1标志
if ( M1_flag==1 )
{
      M1_flag=M1_run ( Backward,4000 );
}
if ( M1_flag==0 )
{
      P21=0; //步数完成
}
}
void main()
{
M1_A =0;
M1_B =0;
M1_C =0;
M1_D =0;
TIME0_INIT (  );//定时器初始化
while ( 1 )
{
      Delay100ms();
      P22=~P22;
      if ( P20==0 )//按键启动电机
      {
         M1_flag=1;
         P21=1;//关灯
      }
};
}

作者: coody_sz 时间: 2022-8-9 09:49
程序不高效引起。
记住，程序中不要用软件延时，电机驱动脉冲要用中断来处理。我驱动、8个步进电机都丝滑，还有N多数据要处理，多个串口要通讯（115200）。

作者: 天ノ忆 时间: 2022-8-9 10:47
不如试试freertos？

作者: fbn20050523 时间: 2022-8-9 12:31

hxdby 发表于 2022-8-5 16:31
你这个比较高级，我这个控制比较简单，主要就是控制一个流量阀的开合，来控制气体的流量，匀速运动就可以 ...

给你个思路,加个缓冲区.我那个代码n轴联动都不会卡,实际16mhz,avr芯片顺滑无比.你把你的电机怎么发脉冲的放到一个函数里,不要加延时.换到我那个程序里.然后通过控制定时器频率改速度

作者: glinfei 时间: 2022-8-9 12:56
弄好了吗？我就是觉得不是程序问题，本来应该5v的用3.3v驱动

作者: glinfei 时间: 2022-8-9 13:01
成功了也说一下原因啊。我总觉得不是程序问题，而且你确定在用3.3驱动5v板子，稍微多几个传感器就不行了，要不你把那几个脚拉高，或者拔掉所有其他负载试试。

作者: ly1972001 时间: 2022-8-9 13:07
1 流量阀用直流电机就行了，就是给电就转，不给电就行。
2 步进电机的时间就是要很精确，我用过PWM输出控制步进电机驱动器，都是在中断内执行控制算法的。如果用延时的方法，确实会不平滑。

作者: piaohu 时间: 2022-8-9 15:14
震动是不是因为阻尼没调整？

作者: hxdby 时间: 2022-8-23 22:15

glinfei 发表于 2022-8-9 13:01
成功了也说一下原因啊。我总觉得不是程序问题，而且你确定在用3.3驱动5v板子，稍微多几个传感器就不行了， ...

这段时间非常忙，一直没有回复，这个问题已经解决了，就是放在中断内就可以了，中断优先级调到最高。注意程序的写法也要发非常注意，程序写的不高效也会出现震动，我用的是wulin提供的程序，运转很好。

确定硬件没有问题，3.3V可以驱动ULV2003，没问题。

作者: hxdby 时间: 2022-8-23 22:19
这段时间非常忙，一直没空上来回复，这个问题已经解决了，就是把程序放在中断中，1500us执行一次，中断优先级设置为最高。我是放在嘀嗒中断中，或者放在其他定时器中断里都可以。
硬件上没啥问题，3.3V MCU一样可以驱动ULN2003

用的是wulin提供的代码，真的非常感谢wulin的代码，和1kc8210的建议，感谢你们的帮助！

作者: hxdby 时间: 2022-9-4 15:33

ly1972001 发表于 2022-8-9 13:07
1 流量阀用直流电机就行了，就是给电就转，不给电就行。
2 步进电机的时间就是要很精确，我用过PWM输出控 ...

我这个流量阀非常复杂，主要是需要记住位置，主要的工作量都是在做位置检测，流量阀有8个档位，通过步进电机控制，每个档位对应一个固定的电机位置，每个档位之间可以交叉切换，这样就必须考虑每个档位对应的固定位置不变，无论切到哪个档位，回到当前档位的时候位置必须不变，还有电机的异常处理，比如正在转的过程中断电了，位置如何判断等，非常复杂，需要一套完整的检测算法

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