平面步进双轴系统插补方法、系统、控制装置和控制方法

摘要

平面步进双轴系统插补方法、系统、控制装置和控制方法，涉及工控领域。解决现有平面步进双轴系统在启动和停止的时间比较长的问题。所述方法包括：根据LabVIEW系统仿真步进电机脉冲控制曲线；根据Sigmoid函数计算所述脉冲控制曲线的速度变化和加速度变化，获取步进电机的频率范围；根据步进电机的频率范围和Sigmoid函数对步进电机进行脉冲控制；根据电机固有步距角及电机对标驱动器的细分度计算步进电机转速；根据步进电机的脉冲和步进电机转速对步进电机脉冲控制曲线进行拉伸平移变换，完成S型加减速直线插补。本发明显著减小系统响应时间，提高运动的效率。

权利要求

1.一种平面步进双轴系统S型插补方法，其特征在于，所述方法包括：根据LabVIEW系统仿真步进电机脉冲控制曲线；

根据Sigmoid函数计算所述脉冲控制曲线的速度变化和加速度变化，获取步进电机的频率范围；

根据步进电机的频率范围和Sigmoid函数对步进电机进行脉冲控制；

根据电机固有步距角及电机对标驱动器的细分度计算步进电机转速；

根据步进电机的脉冲和步进电机转速对步进电机脉冲控制曲线进行拉伸平移变换，完成S型加减速直线插补；

所述根据Sigmoid函数计算所述脉冲控制曲线的速度变化和加速度变化，获取步进电机的频率范围，包括：采样Sigmoid函数将仿真步进电机脉冲控制曲线进行映射；

根据映射后的曲线进行微分求导，获取映射后的曲线速度变化情况；

根据速度的变化进行微分求导，获取映射后的曲线加速度变化情况；

根据映射后的曲线速度的变化和加速度变化获取步进电机的频率上限和频率下限；

根据步进电机的频率上限和频率下限确定步进电机的频率范围；

所述根据步进电机的频率范围和Sigmoid函数对步进电机进行脉冲控制，包括：,

其中， 为当前点的脉冲频率， 为频率下限， 为频率上限， 为曲线强度值， 为控制点的总个数， 为索引值；

所述根据电机固有步距角及电机对标驱动器的细分度计算步进电机转速，包括：,

其中， 为步进电机转速， 为步进电机固有步距角， 为电机对标驱动器的细分度；

所述根据步进电机的脉冲和对步进电机转速对步进电机脉冲控制曲线进行拉伸平移变换，完成S型加减速直线插补，包括：将步进电机脉冲控制曲线分为加加速阶段，匀加速阶段，减加速阶段，匀速阶段，加减速阶段，匀减速阶段，减减速阶段；

根据步进电机的脉冲和步进电机转速确定总脉冲数量；

根据总脉冲数量和S型曲线各阶段确定直线插补各阶段的所需的脉冲数量；

将脉冲数量分配到每个阶段，进行拉伸平移变换，形成最终的脉冲控制曲线，完成S型加减速直线插补。

说明书

平面步进双轴系统插补方法、系统、控制装置和控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及工控领域，尤其涉及一种平面步进双轴系统S型插补方法和控制方法。

背景技术

[0002] 在实际的工控领域中，平面步进双轴是最常见的开环测控系统，例如自动化绘图，点阵测控，半导体批量测试等等。现有的控制应用中，多采用T型加减速算法为主，它具有加速度易明确、加速区域可控、控制方便的特点，但是其加速阶段与匀速阶段存在更迭突变点，速度跳变非常明显，对电极机械齿轮寿命也会造成一定的损伤，而且对于中远距离程度的运动而言，T型加减速算法的“加速度”和“减速度”的参数变化并不适用。

[0003] 虽然常见的S型加减速算法适用步进电机的中长段运动，即S型加减速的优点是启动和停止都很平滑，不会有很大的冲击，但是也并非不存在缺点，缺点就是启动和停止的时间比较长。传统的开发环境和工具多为C及拓展类语言，虽然适用范围广泛，运行速度快，但是其语法并不严格，安全性较差、开发周期极其冗长，而且面对硬件系统时无法实现仿真，大大地拖慢了开发的效率。

发明内容

[0004] 本发明针对现有平面步进双轴系统在启动和停止的时间比较长的问题，提出一种平面步进双轴系统插补方法，所述方案具体为：

[0005] 一种平面步进双轴系统S型插补方法，所述方法包括：

[0006] 根据LabVIEW系统仿真步进电机脉冲控制曲线；

[0007] 根据Sigmoid函数计算所述脉冲控制曲线的速度变化和加速度变化，获取步进电机的频率范围；

[0008] 根据步进电机的频率范围和Sigmoid函数对步进电机进行脉冲控制；

[0009] 根据电机固有步距角及电机对标驱动器的细分度计算步进电机转速；

[0010] 根据步进电机的脉冲和步进电机转速对步进电机脉冲控制曲线进行拉伸平移变换，完成S型加减速直线插补。

[0011] 进一步的，还提供一种优选方式，所述根据Sigmoid函数计算所述脉冲控制曲线的速度变化和加速度变化，获取步进电机的频率范围，包括：

[0012] 采样Sigmoid函数将仿真步进电机脉冲控制曲线进行映射；

[0013] 根据映射后的曲线进行微分求导，获取映射后的曲线速度变化情况；

[0014] 根据速度的变化进行微分求导，获取映射后的曲线加速度变化情况；

[0015] 根据映射后的曲线速度的变化和加速度变化获取步进电机的频率上限和频率下限；

[0016] 根据步进电机的频率上限和频率下限确定步进电机的频率范围。

[0017] 进一步的，还提供一种优选方式，所述根据步进电机的频率范围和Sigmoid函数对步进电机进行脉冲控制，包括：

[0018] ，

[0019] 其中， 为当前点的脉冲频率， 为频率下限， 为频率上限， 为曲线强度值， 为控制点的总个数， 为索引值。

[0020] 进一步的，还提供一种优选方式，所述根据电机固有步距角及电机对标驱动器的细分度计算步进电机转速，包括：

[0021] ,

[0022] 其中， 为步进电机转速， 为步进电机固有步距角， 为电机对标驱动器的细分度。

[0023] 进一步的，还提供一种优选方式，所述根据步进电机的脉冲和对步进电机转速对步进电机脉冲控制曲线进行拉伸平移变换，完成S型加减速直线插补，包括：

[0024] 将步进电机脉冲控制曲线分为加加速阶段，匀加速阶段，减加速阶段，匀速阶段，加减速阶段，匀减速阶段，减减速阶段；

[0025] 根据步进电机的脉冲和步进电机转速确定总脉冲数量；

[0026] 根据总脉冲数量和S型曲线各阶段确定直线插补各阶段的所需的脉冲数量；

[0027] 将脉冲数量分配到每个阶段，进行拉伸平移变换，形成最终的脉冲控制曲线，完成S 型加减速直线插补。

[0028] 基于同一发明构思，本发明还提出一种平面步进双轴系统S型插补系统，所述系统包括：

[0029] 仿真单元，用于根据LabVIEW系统仿真步进电机脉冲控制曲线；

[0030] Sigmoid函数计算单元，用于根据Sigmoid函数计算所述脉冲控制曲线的速度变化和加速度变化，获取步进电机的频率范围；

[0031] 脉冲控制单元，用于根据步进电机的频率范围和Sigmoid函数对步进电机进行脉冲控制；

[0032] 步进电机转速计算单元，用于根据电机固有步距角及电机对标驱动器的细分度计算步进电机转速；

[0033] 插补单元，用于根据步进电机的脉冲和步进电机转速对步进电机脉冲控制曲线进行拉伸平移变换，完成S型加减速直线插补。

[0034] 基于同一发明构思，本发明还提出一种双轴电机控制装置，所述装置包括：运动控制器，步进驱动器和电机；所述运动控制器中存储上述所述的一种平面步进双轴系统S型插补系统；

[0035] 所述运动控制器用于接收用户输入的指令并根据所述指令生成插补轨迹、并发送插补轨迹信号给伺服驱动器；

[0036] 所述步进驱动器接收运动控制器发送的插补轨迹信号，并将所述插补轨迹信号转化为驱动信号发送给双轴电机；

[0037] 所述双轴电机接收所述驱动信号，并将按照指令执行相应的加速、匀速和减速运动，完成插补运动。

[0038] 基于同一发明构思，本发明还提出一种双轴电机控制方法，所述方法包括：

[0039] 运动控制器根据输入指令生成步进电机脉冲控制曲线；

[0040] 运动控制器将所述步进电机脉冲控制曲线转换成控制信号，并发送给伺服驱动器；

[0041] 伺服驱动器接收所述控制信号，并将所述控制信号转换成双轴电机所需的驱动信号；

[0042] 双轴电机按照驱动信号进行相应的加速、匀速和减速运动；

[0043] 伺服驱动器通过闭环反馈机制监测电机的实际位置，并与运动控制器进行通信，实现平面步进双轴系统的插补运动；所述运动控制器中存储上述所述的一种平面步进双轴系统S型插补系统。

[0044] 本发明的有益之处在于：

[0045] 本发明解决了现有平面步进双轴系统在启动和停止的时间比较长的问题。

[0046] 本发明所述的一种平面步进双轴系统S型插补方法，相比于传统的加减速算法，能够实现更平滑的启动和停止，从而显著减小系统响应时间，提高运动的效率。S型插补方法通过Sigmoid函数计算速度和加速度的变化，使得运动过程更加平滑，减小了机械系统的冲击，有助于提高设备寿命。通过对步进电机的脉冲控制曲线进行S型插补，可以更精确地控制步进电机的运动，提高运动的精度和稳定性。采用LabVIEW系统进行仿真，使得该方法更易于集成到LabVIEW等实际控制系统中，提高了实际应用的可行性。

[0047] 本发明所述的一种平面步进双轴系统S型插补方法，利用LabVIEW系统仿真步进电机脉冲控制曲线，通过仿真获得步进电机的理论运动曲线。使用Sigmoid函数计算脉冲控制曲线的速度变化和加速度变化，这种函数形式可以实现平滑地加减速过程。基于Sigmoid函数计算步进电机的频率范围，确定控制曲线的整体形状和变化规律。根据计算得到的频率范围和Sigmoid函数，对步进电机进行脉冲控制，使其按照S型曲线进行运动。利用电机固有步距角及电机对标驱动器的细分度计算步进电机的转速，确保运动过程中的精准控制。根据步进电机的脉冲和转速信息，对脉冲控制曲线进行拉伸平移变换，完成S型加减速直线插补，进一步确保平滑的运动轨迹。

附图说明

[0048] 图1为实施方式一所述的一种平面步进双轴系统S型插补方法流程图；

[0049] 图2为实施方式九所述的LabVIEW中仿真示意图；

[0050] 图3为实施方式九所述的Sigmoid函数图，其中，X代表横坐标，Y代表纵坐标；

[0051] 图4为实施方式九所述的仿真实验流程图；

[0052] 图5为实施方式九所述的电机控制示意图。

具体实施方式

[0053] 为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。

[0054] 实施方式一、参见图1说明本实施方式。本实施方式所述的一种平面步进双轴系统S型插补方法，所述方法包括：

[0055] 根据LabVIEW系统仿真步进电机脉冲控制曲线；

[0056] 根据Sigmoid函数计算所述脉冲控制曲线的速度变化和加速度变化，获取步进电机的频率范围；

[0057] 根据步进电机的频率范围和Sigmoid函数对步进电机进行脉冲控制；

[0058] 根据电机固有步距角及电机对标驱动器的细分度计算步进电机转速；

[0059] 根据步进电机的脉冲和步进电机转速对步进电机脉冲控制曲线进行拉伸平移变换，完成S型加减速直线插补。

[0060] 本实施方式所述的S型插补方法相比于传统的加减速算法，能够实现更平滑的启动和停止，从而显著减小系统响应时间，提高运动的效率。S型插补方法通过Sigmoid函数计算速度和加速度的变化，使得运动过程更加平滑，减小了机械系统的冲击，有助于提高设备寿命。通过对步进电机的脉冲控制曲线进行S型插补，可以更精确地控制步进电机的运动，提高运动的精度和稳定性。采用LabVIEW系统进行仿真，使得该方法更易于集成到LabVIEW等实际控制系统中，提高了实际应用的可行性。

[0061] 本实施方式利用LabVIEW系统仿真步进电机脉冲控制曲线，通过仿真获得步进电机的理论运动曲线。使用Sigmoid函数计算脉冲控制曲线的速度变化和加速度变化，这种函数形式可以实现平滑的加减速过程。基于Sigmoid函数计算步进电机的频率范围，确定控制曲线的整体形状和变化规律。根据计算得到的频率范围和Sigmoid函数，对步进电机进行脉冲控制，使其按照S型曲线进行运动。利用电机固有步距角及电机对标驱动器的细分度计算步进电机的转速，确保运动过程中的精准控制。根据步进电机的脉冲和转速信息，对脉冲控制曲线进行拉伸平移变换，完成S型加减速直线插补，进一步确保平滑的运动轨迹。

[0062] 实施方式二、本实施方式是对实施方式一所述的一种平面步进双轴系统S型插补方法的进一步限定，所述根据Sigmoid函数计算所述脉冲控制曲线的速度变化和加速度变化，获取步进电机的频率范围，包括：

[0063] 采样Sigmoid函数将仿真步进电机脉冲控制曲线进行映射；

[0064] 根据映射后的曲线进行微分求导，获取映射后的曲线速度变化情况；

[0065] 根据速度的变化进行微分求导，获取映射后的曲线加速度变化情况；

[0066] 根据映射后的曲线速度的变化和加速度变化获取步进电机的频率上限和频率下限；

[0067] 根据步进电机的频率上限和频率下限确定步进电机的频率范围。

[0068] 本实施方式通过采样Sigmoid函数、映射曲线并进行微分求导，该步骤能够更精确地获取步进电机的频率上限和频率下限，进而确定频率范围。通过对曲线速度和加速度的变化进行微分求导，可以更准确地反映曲线的速度变化趋势，有助于优化步进电机的响应速度。通过采样和映射曲线，使得方法更具适应性，能够应对不同工况下步进电机频率范围的变化。

[0069] 本实施方式采用Sigmoid函数对仿真步进电机脉冲控制曲线进行映射，将曲线转化为一种平滑的S型变化。对映射后的曲线进行微分求导，得到曲线速度的变化情况。这有助于理解曲线的斜率，即速度的趋势。进一步对速度的变化进行微分求导，获得曲线加速度的变化情况。这可以更准确地了解速度变化的变化率，即加速度的趋势。根据映射后曲线速度和加速度的变化，推导出步进电机的频率上限和频率下限。这是通过对曲线特征进行分析，确定频率的范围。最终，通过确定频率的上下限，确定步进电机的频率范围，这是在实际控制中需要遵循的范围。通过微分求导的方式，可以更准确地捕捉曲线速度和加速度的变化情况，从而提高对步进电机频率范围的确定精度。通过更精细的曲线特征分析，可以优化步进电机的响应速度，使得在频率范围内运动更加平滑。通过采样和映射，该步骤增强了方法的适应性，能够适用于不同工况下步进电机频率范围的变化。

[0070] 实施方式三、本实施方式是对实施方式一所述的一种平面步进双轴系统S型插补方法的进一步限定，所述根据步进电机的频率范围和Sigmoid函数对步进电机进行脉冲控制，包括：

[0071] ，

[0072] 其中， 为当前点的脉冲频率， 为频率下限， 为频率上限， 为曲线强度值， 为控制点的总个数， 为索引值。

[0073] 本实施方式通过设定频率下限和频率上限，可以在指定的频率范围内进行脉冲控制，这种精细的控制有助于适应不同的运动要求和步进电机工作条件。引入曲线强度值作为调节参数，可以实现对脉冲控制曲线的动态调整，可根据实际需求动态地调整运动曲线，以实现更加灵活的控制。设定控制点的总个数，通过索引值的变化，可以在脉冲控制曲线中引入更多的控制点，增加了对运动过程的灵活性和定制性。

[0074] 本实施方式通过设定频率下限和频率上限，LabVIEW系统根据Sigmoid函数调整脉冲控制曲线，以确保步进电机在指定的频率范围内运动。使用Sigmoid函数可以平滑地调整频率的变化。曲线强度值的引入用于调整Sigmoid函数的形状，影响速度和加速度的变化，可以根据具体的应用需求调整运动曲线的平滑性和过渡性。控制点的总个数和索引值的引入意味着可以在脉冲控制曲线中定义多个关键点，以更精细地控制步进电机的运动过程。这有助于适应复杂的运动路径和要求。

[0075] 实施方式四、本实施方式是对实施方式一所述的一种平面步进双轴系统S 型插补方法的进一步限定，所述根据电机固有步距角及电机对标驱动器的细分度计算步进电机转速，包括：

[0076] ，

[0077] 其中， 为步进电机转速， 为步进电机固有步距角， 为电机对标驱动器的细分度。

[0078] 本实施方式通过考虑电机的固有步距角和电机对标驱动器的细分度，可以更准确地计算步进电机的转速。这有助于确保系统在执行S型插补运动时能够达到期望的速度，提高运动的精度和稳定性。考虑到电机的固有步距角和驱动器的细分度，系统可以更好地适应不同类型的步进电机和驱动器，而不仅仅是一种通用的设定。这种可调性使系统更加灵活，适用于多样化的应用场景。

[0079] 本实施方式中步进电机的固有步距角是指电机每接收一次脉冲时转动的角度。通过考虑这个参数，可以确定在给定脉冲输入下电机的位移情况。驱动器的细分度表示对电机旋转的细分程度。细分度越高，电机转一圈所需的脉冲数就越多。这个参数的考虑有助于更加精细地控制电机的运动。通过将电机固有步距角和驱动器的细分度纳入计算，可以得到更精确的步进电机转速。通过更准确地计算步进电机的转速，系统可以更精确地执行S型插补运动，提高运动的准确性和稳定性。

[0080] 实施方式五、本实施方式是对实施方式一所述的一种平面步进双轴系统S型插补方法的进一步限定，所述根据步进电机的脉冲和对步进电机转速对步进电机脉冲控制曲线进行拉伸平移变换，完成S型加减速直线插补，包括：

[0081] 将步进电机脉冲控制曲线分为加加速阶段，匀加速阶段，减加速阶段，匀速阶段，加减速阶段，匀减速阶段，减减速阶段；

[0082] 根据步进电机的脉冲和步进电机转速确定总脉冲数量；

[0083] 根据总脉冲数量和S型曲线各阶段确定直线插补各阶段的所需的脉冲数量；

[0084] 将脉冲数量分配到每个阶段，进行拉伸平移变换，形成最终的脉冲控制曲线，完成S 型加减速直线插补。

[0085] 本实施方式中加加速阶段，在这一阶段，系统逐渐增加步进电机的脉冲数量，实现加速过程；匀加速阶段代表维持匀速运动，保持稳定的脉冲输出；减加速阶段代表缓慢减少脉冲数量，实现减速过程；匀速段代表保持匀速状态，脉冲数量不变；加减速阶段代表再次逐渐增加脉冲数量，进行加速；匀减速阶段代表维持匀速运动，但在减速状态；减减速阶段代表缓慢减少脉冲数量，实现最终的减速。进一步的，根据步进电机的脉冲和步进电机转速，计算总脉冲数量，本实施方式中考虑了步进电机的具体特性和运动速度，确保了运动的准确性。根据S型曲线的特点，结合总脉冲数量，确定每个阶段所需的脉冲数量。这考虑了S型插补曲线的形状，以及各个阶段的持续时间。将计算得到的脉冲数量分配到每个阶段，并通过拉伸平移变换，形成最终的脉冲控制曲线。这一过程可能包括对脉冲数量的线性变换，以适应不同阶段的运动需求。

[0086] 本实施方式通过将插补过程分为不同的阶段，并在每个阶段中精确计算脉冲数量，可以更精细地控制运动曲线，提高系统运动的准确性和平滑性。考虑了S型曲线的形状和步进电机的具体特性，使得这种插补方法更具适应性，适用于不同类型和规格的步进电机系统。本实施方式目的是通过对S型插补方法的进一步细化，提高步进电机系统在平面双轴运动中的插补性能，使得系统能够更加精确、平滑地完成各种运动任务，增强了系统的可控性和适应性。

[0087] 实施方式六、本实施方式所述的一种平面步进双轴系统S型插补系统，所述系统包括：

[0088] 仿真单元，用于根据LabVIEW系统仿真步进电机脉冲控制曲线；

[0089] Sigmoid函数计算单元，用于根据Sigmoid函数计算所述脉冲控制曲线的速度变化和加速度变化，获取步进电机的频率范围；

[0090] 脉冲控制单元，用于根据步进电机的频率范围和Sigmoid函数对步进电机进行脉冲控制；

[0091] 步进电机转速计算单元，用于根据电机固有步距角及电机对标驱动器的细分度计算步进电机转速；

[0092] 插补单元，用于根据步进电机的脉冲和步进电机转速对步进电机脉冲控制曲线进行拉伸平移变换，完成S 型加减速直线插补。

[0093] 实施方式七、本实施方式所述的一种双轴电机控制装置，所述装置包括：运动控制器，步进驱动器和电机；所述运动控制器中存储实施方式六所述的一种平面步进双轴系统S 型插补系统；

[0094] 所述运动控制器用于接收用户输入的指令并根据所述指令生成插补轨迹、并发送插补轨迹信号给伺服驱动器；

[0095] 所述步进驱动器接收运动控制器发送的插补轨迹信号，并将所述插补轨迹信号转化为驱动信号发送给双轴电机；

[0096] 所述双轴电机接收所述驱动信号，并将按照指令执行相应的加速、匀速和减速运动，完成插补运动。

[0097] 本实施方式中，通过采用S型插补方法，运动控制器能够在插补运动中实现更高的精度。每个轴的运动都经过详细的分阶段插补，以适应不同的加速、匀速和减速要求，从而提高整体运动的控制精度。S型插补方法在轨迹规划中考虑了加速度、匀速度和减速度的变化，使得生成的插补轨迹更加平滑。这有助于减小机械系统的震动和冲击，提高运动的舒适性和稳定性。S型插补方法的灵活性使得系统更适应不同的运动需求。它可以适用于各种应用场景，包括需要快速加速、减速或保持匀速的情况。

[0098] 本实施方式中运动控制器负责接收用户输入的指令，然后根据所述指令使用实施方式六中的S型插补系统生成相应的插补轨迹。这一过程包括对S型曲线的分阶段处理，确定总脉冲数量，并生成详细的插补轨迹信息。 运动控制器将生成的插补轨迹信号发送给步进驱动器。步进驱动器负责将插补轨迹信号转化为适用于双轴电机的驱动信号。这一过程可能包括脉冲数量的分配、拉伸平移变换等操作，以确保电机按照插补轨迹进行运动。双轴电机接收到驱动信号后，按照指令执行相应的加速、匀速和减速运动，完成插补运动。电机的运动特性与S型插补方法的分阶段控制相结合，使得整个系统的运动更加精确和可控。

[0099] 本实施方式所述的装置的目的在于提供一种高效、精确、平滑的双轴电机控制方案，以满足不同应用场景对运动控制性能的要求。通过结合S型插补方法，强调了系统在插补运动中的高精度和平滑性，使得该装置在需要复杂轨迹规划和控制的应用中表现出色。

[0100] 实施方式八、本实施方式所述的一种双轴电机控制方法，所述方法包括：

[0101] 运动控制器根据输入指令生成步进电机脉冲控制曲线；

[0102] 运动控制器将所述步进电机脉冲控制曲线转换成控制信号，并发送给伺服驱动器；

[0103] 伺服驱动器接收所述控制信号，并将所述控制信号转换成双轴电机所需的驱动信号；

[0104] 双轴电机按照驱动信号进行相应的加速、匀速和减速运动；

[0105] 伺服驱动器通过闭环反馈机制监测电机的实际位置，并与运动控制器进行通信，实现平面步进双轴系统的插补运动；所述运动控制器中存储实施方式六所述的一种平面步进双轴系统S型插补系统。

[0106] 本实施方式所述的运动控制器通过考虑加速、匀速和减速阶段，充分利用步进电机的特性，实现了高精度的插补运动。这有助于双轴电机在执行复杂路径时保持良好的定位准确性。运动控制器在轨迹规划中对速度进行平滑调整，避免了突然的速度变化，从而减小了机械系统的振动和冲击，实现更平滑的运动轨迹。通过伺服驱动器的闭环反馈机制，平面步进双轴系统能够实时监测电机的实际位置，并与运动控制器进行通信。这种反馈机制使系统能够及时纠正任何位置误差，提高了整个系统的稳定性和精度。采用S型插补方法的控制系统对于不同速度和加速度的要求有很强的适应性，因此适用于各种工业应用，包括需要高精度控制和平滑运动的场景。

[0107] 本实施方式中，运动控制器接收用户输入指令，利用S型插补系统生成步进电机的脉冲控制曲线。这个过程涉及对S型插补系统的算法解析，将目标轨迹划分为加速、匀速和减速阶段。运动控制器将生成的步进电机脉冲控制曲线转换成控制信号，并将其发送给伺服驱动器。这个控制信号经过伺服驱动器的处理，转换成双轴电机需要的驱动信号。双轴电机按照接收到的驱动信号进行相应的加速、匀速和减速运动，完成插补运动。这一过程通过步进电机的脉冲控制曲线实现对电机的精确控制。伺服驱动器通过闭环反馈系统实时监测电机的实际位置。这个信息与运动控制器进行通信，从而实现对电机位置误差的及时修正，提高系统的整体性能。

[0108] 实施方式九、参见图2至图5说明本实施方式。本实施方式是对实施方式一所述的一种平面步进双轴系统S型插补方法通过一具体实施例，同时也用于解释实施方式二至实施方式五，具体的：

[0109] 由于步进电机的驱动方式，其旋转速度均正比于脉冲频率，而脉冲频率又是精确可控，故此速度就可以通过脉冲来实现高精度的稳定控制。如何实现一个平滑的S型曲线去模拟速度，本实施方式中应用S型生长曲线，即Sigmoid函数，它取值范围从（0,1），可以将实数映射到（0,1）的区间，其公式为：

[0110] ，

[0111] 其中， 为（0，1）之间控制点对应Sigmoid函数变换后的值， 为（0，1）做指数变换后的值。

[0112] 本实施方式基于LabVIEW平台实现S型加减速曲线的仿真，仿真示意图如图2所示。

[0113] 对上述公式进行求导，当横轴 时，Y得到最大值，对应速度就是求导后，加速度在0时得到最大值，如图3所示：

[0114]

[0115] 其中， 为加速度为零的控制点。

[0116] 将Sigmoid函数用于脉冲控制中：

[0117] ，

[0118] 其中， 为当前点的脉冲频率， 为频率下限， 为频率上限， 为曲线强度值， 为控制点的总个数， 为索引值。

[0119] 根据电机固有步距角及电机对标驱动器的细分度计算步进电机转速，包括：

[0120] ,

[0121] 其中， 为步进电机转速， 为步进电机固有步距角，根据电机出厂而定，常见如1.8°或0.9°， 为电机对标驱动器的细分度，例如1600对应固有步距角1.8°的电机就是8细分。

[0122] 将步进电机脉冲控制曲线分为加加速阶段，匀加速阶段，减加速阶段，匀速阶段，加减速阶段，匀减速阶段，减减速阶段。根据步进电机的脉冲和步进电机转速确定总脉冲数量；根据总脉冲数量和S型曲线各阶段确定直线插补各阶段的所需的脉冲数量；将脉冲数量分配到每个阶段，进行拉伸平移变换，形成最终的脉冲控制曲线，完成S型加减速直线插补。

[0123] 拉伸变换包括：

[0124] A分量在Y方向进行平移（A，A+1）：

[0125]

[0126] B分量在Y方向进行拉伸（0，B）：

[0127]

[0128] a分量在X方向进行平移(0,1)：

[0129]

[0130] b分量在X方向拉伸：

[0131]

[0132] 最终将曲线在 X,Y 坐标系内进行拉伸变换：

[0133]

[0134] 不同阶段速度衔接处加速度连续，且加速率可控，完美解决了T型控制算法的突变问题，而且S型曲线柔性冲击小对机器损伤较小，也适用于中长段距离，高频率速度切换的应用场景。

[0135] 本实施方式通过硬件系统NI myRIO、锐特 DM320C步进驱动器、42型2相4线步进电机、24V供电源、PC以及软件系统LabVIEW进行了试验，通过将LabVIEW开发的仿真算法程序，移植至NI硬件单片机myRIO中。算法中F频率的变化直接由myRIO的PWM功能来实现，将42型2相4线步进电机的A+、A‑、B+、B‑连接至DM320C驱动器的Voltage接口端，然后根据电机的参数将驱动器的电流和细分度设置完毕，最后将单片机myRIO的PWM信号接入DM320C驱动器的Signal接口即可，所述仿真实验流程图如图4所示，电机控制图如图5所示。在实际操作中，根据在上位机中设定好对应的“驱动器细分值”和“S曲线变化所需个数值”启动程序即可，支持实时调节电机运转速度，程序会自适应S型加减速变化并通过单片机myRIO映射到F频率变化，进而实现了步进电机的加减速变。

[0136] 进一步的，本实施方式通过上述仿真，对比无算法方式启停、调速步进电机，以及有S型算法启停、调速步进电机的电流瞬态变化，直观的查看本方法带来的显著效果。

[0137] 实验条件为：步进电机空载；驱动器电流设置为额定0.5A；细分度设置为1600Pulse/rev。

[0138]

[0139] 根据上述表格可以清晰的看到，本实施方式所设计的S型加减速补差方法平稳的使电机过渡到额定运行状态，电流变化也相对平缓，对驱动器和电机都起到良好的保护作用。

[0140] 要说明的是，上述实施例所提供的方法及其细节举例可结合至实施例提供的装置和设备中，相互参照，不再赘述。本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各实例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟是以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同的方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置/设备实施例仅仅是示意性的，例如，上述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以由另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。上述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。