多轴步进电机速度曲线算法的时分复用策略

来源：电子测量技术杂志2025年第12期北京时间：

作者：吴博，雷兴明，王邦继，刘德兴

单位：1.西南交通大学物理科学与技术学院 成都 610031;2.海军装备部 成都 610100; 3.四川航天烽火伺服控制技术有限公司 成都 610031

摘要：针对多轴步进电机控制器实现过程中，需要进行硬件逻辑的复用，导致逻辑资源占用量过多的问题，提出一种速度曲线算法的时分复用策略。首先，基于刚体绕定轴转动的运动学理论及步进电机控制原理，建立了步进电机控制脉冲周期与运动学物理量之间的映射关系；其次，结合脉冲计算公式将匀加速与匀减速两种转动模式进行合并，优化了速度曲线的计算方法；然后，采用时分复用的设计思想，在单轴非时分复用控制的基础上，充分利用控制脉冲输出的时间间隔，进行了多轴速度曲线算法的时分复用设计；最后实现了两轴步进电机时分复用控制器IP核，相较于两轴非时分复用IP核，逻辑资源使用量降低了33.68%，热功耗降低了14.04%，并搭建硬件实验平台进行了算法验证。结果表明，时分复用IP核可以实现两轴步进电机的精确控制，角位移跟随误差均在±8 step（±0.9°）以内。

关键词：多轴步进电机;开环控制;速度曲线;时分复用;现场可编程门阵列（FPGA）