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之前做電機相關的項目比較少，最近有個項目涉及到步進電機的精確控制，參考了一些資料研究了一下S型曲線加減速，這里總結一下分享給大家。

硬件是：STM32+驅動器+步進電機。
STM32定時器輸出PWM，控制驅動器來驅動步進電機。單片機只要控制電機方向，以及PWM的頻率即可，具體驅動由驅動器實現。首先說一下什么是S型曲線加速，為什么要S型曲線加速。
S型曲線加速是指步進電機的啟動速度按照S型曲線逐漸增加，以達到設定的最大速度。具體的S型曲線方程如下：

x取值-5~5的曲線圖如下：

可以看到，剛開始加速和達到最大速度時加速比較緩慢，中間加速比較快。電機的轉矩和轉速的乘積的k倍等于功率，也就是說，功率一定的時候，轉速與轉矩成反比關系。所以，轉速越低，轉矩越大。當電機直接高速啟動時，電機可能存在震動、丟步甚至啟動不起來的情況。因此需要S型曲線加速，使電機能夠緩慢啟動。程序實現控制電機的速度，其實就是控制PWM的輸出頻率。首先需要對S曲線方程進行一些變化，如下：Fcurrent = Fmin + (Fmax-Fmin)/(1+exp( -Flexible(i - num )/num) )

Fcurrent為計算出的當前頻率。
Fmin為加速的起始頻率。
Fmax為加速的最大頻率。
-Flexible*(i - num)/num是對S型曲線進行拉伸變化，其中Flexible代表S曲線區間（越大代表壓縮的最厲害，中間加速度越大；越小越接近勻加速。理想的S曲線的取值為4-6）。
i是在循環計算過程中的索引，從0開始。
num為 加速脈沖數/2 大小。

上面計算出的是頻率的S曲線，還需要將頻率轉換成定時器的計數周期，程序如下：

//功能：S加速曲線初始化//參數1 *pbuff          計算出的定時器的周期//參數2 fre_max        最大頻率 Hz//參數3 fre_min        最小頻率 Hz//參數4 len            加速需要的脈沖數void CurveS_init(uint16_t *pbuff,uint32_t fre_max,uint32_t fre_min,int16_t len){      int16_t i;      uint16_t flexible =4;floatdelt=fre_max-fre_min;floatdeno;      float melo ;floatfre;
       for(i=0; i       {              melo = flexible* (i-len/2) / (len/2);              deno = 1.0f / (1 + expf(-melo));  //              fre = delt * deno + fre_min;              *pbuff++ = (unsigned short)(TIM2_CLOCK_FREQ / fre);       }
}

TIM2_CLOCK_FREQ為定時器的計數頻率。之后要做的就是在加減速過程中，每輸出一個PWM脈沖，重新裝載一次定時器周期。具體怎樣輸出指定個數PWM來控制步進電機，可參考之前的文章《STM32定時器產生指定個數脈沖》。在PWM中斷中，將計算好的S曲線數組，重新裝載到定時器的ARR和CCR寄存器中即可。程序如下：

//PWM回調函數void HAL_TIM_PWM_PulseFinishedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim){    Motor.PWMcount++;    SpeedAdjust();//速度調節}
//速度調節函數void SpeedAdjust(void){  switch(Motor.Status)  {    /*加速*/                case SPEED_INCREASE:      if(Motor.Count < Motor.CountMax)      {        __HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htim2,Period[Motor.Count]);//計算下一個PWM的周期        htim2.Instance->CCR1 = Period[Motor.Count]/2;//占空比50%        Motor.Count++;//加速次數      }      else      {        Motor.Status = SPEED_STABLE;        Motor.Count--;      }break;    /*勻速*/      case SPEED_STABLE:      if(Motor.PWMcount >= (Motor.PWMneed - Motor.Count))      {            Motor.Status = SPEED_DECREASE;        }break;    /*減速*/      case SPEED_DECREASE:      if(Motor.Count >= 0)      {        __HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htim2,Period[Motor.Count]);//計算下一個PWM的周期        htim2.Instance->CCR1 = Period[Motor.Count]/2;        Motor.Count--;        }      if(Motor.PWMcount >= Motor.PWMneed)      {        HAL_TIM_PWM_Stop_IT(&htim2,TIM_CHANNEL_1);      }      break;    default :      break;  }

其中Motor是自己定義的一個結構體：

typedef struct{  uint8_t Status;   //狀態  int32_t Count;     //加減速過程脈沖計數  int32_t CountMax;  //最大加速脈沖數  uint32_t PWMcount;//PWM計數  uint32_t PWMneed; //需要輸出的PWM總數}Motor_t;

啟動時，初始化參數，啟動定時器輸出PWM即可：

//PWM--需要輸出的脈沖個數void StartPWM(uint32_t PWM){             Motor.PWMcount = 0;       Motor.PWMneed = PWM;       Motor.Count = 0;       Motor.Status = SPEED_INCREASE;       Motor.CountMax = 300;//初始化加速曲線，最小頻率100，最大頻率10K,加速脈沖數300CurveS_init(Period,10000,100,Motor.CountMax);       __HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htim2,Period[0]);       htim2.Instance->CCR1 = Period[0];       HAL_TIM_PWM_Start_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_1);  //啟動定時器PWM輸出}