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基于动态规划的对焦步进电机控制

邝先验 周亚龙 吴玉刚

邝先验, 周亚龙, 吴玉刚. 基于动态规划的对焦步进电机控制[J]. 红外技术, 2022, 44(2): 163-169.
引用本文: 邝先验, 周亚龙, 吴玉刚. 基于动态规划的对焦步进电机控制[J]. 红外技术, 2022, 44(2): 163-169.
KUANG Xianyan, ZHOU Yalong, WU Yugang. Control of Focusing System of Stepper Motor Based on Dynamic Programming[J]. Infrared Technology , 2022, 44(2): 163-169.
Citation: KUANG Xianyan, ZHOU Yalong, WU Yugang. Control of Focusing System of Stepper Motor Based on Dynamic Programming[J]. Infrared Technology , 2022, 44(2): 163-169.

基于动态规划的对焦步进电机控制

详细信息
    作者简介:

    邝先验(1976-),男,博士,教授。主要研究方向:智能交通系统、系统建模与仿真、智能控制与信息技术。E-mail:xianyankuang@163.com

  • 中图分类号: TN216

Control of Focusing System of Stepper Motor Based on Dynamic Programming

  • 摘要: 为了解决STM(stepper motor)镜头中步进电机低频对焦慢、高频失步跑焦的问题,通过分析对焦过程中电机的加减速动作,结合步进电机加减速曲线,设计了一种适用于STM镜头驱动的步进电机开环控制算法。算法根据步进电机速度在单位控制周期内不变,把步进电机位置控制问题转换为单位控制周期内脉冲输出问题,实现了速度控制与位置控制的巧妙结合。设计并搭建了STM镜头对焦电机控制电路,工程实验结果表明:该算法提高了步进电机开环控制的精度,有效地减小了由于步进电机过冲和失步带来的跑焦问题。
  • 图  1  镜头一般对焦过程

    Figure  1.  General focus process of lens

    图  2  STM镜头控制组件系统框图

    Figure  2.  STM lens control component system diagram

    图  3  控制序列搜索流程图

    Figure  3.  Control sequence search flow chart

    图  4  2000脉冲步的速度变化曲线

    Figure  4.  Velocity curve of 2000 pulse steps

    图  5  4000脉冲步的速度变化曲线

    Figure  5.  Velocity curve of 4000 pulse steps

    图  6  不同控制算法的图像清晰度对比

    Figure  6.  Comparison of image definition of different control algorithm

    图  7  不同控制算法的对焦时间对比

    Figure  7.  Comparison of focusing time of different control algorithms

    表  1  单向步进的位移误差

    Table  1.   Displacement error of one-way step

    Pulses Target trip Actual trip Time/ms
    40 500 498 125
    60 500 490 83.3
    80 500 487 62.5
    100 500 470 50
    120 500 350 41.7
    150 500 169 30
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    表  2  步进电机具体参数

    Table  2.   Specific parameters of stepping motor

    Parameters Value
    Voltage range DC 5.0 V(range from 3.0 V to 6.0 V)
    Coil impedance 20 Ω±7%
    Number of phase 2 Phase
    Step angle 18°/Step
    Force 350 g(AT 550 pps 5.0 V)
    Temperature range −40℃ to 70℃
    Maximum speed More than 2000 pps
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    表  3  2000脉冲步的解序列

    Table  3.   Solution sequence of 2000 pulse steps

    Acceleration phase 0 4 13 22 29 37 44 51 58 64 70 75 80 84 88 91 94 96
    Deceleration phase 96 94 91 88 84 80 75 70 64 58 51 44 37 29 22 13 4 0
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    表  4  4000脉冲步的加速阶段解序列

    Table  4.   Acceleration phase sequence of 4000 pulse steps

    Acceleration phase 0 4 13 22 30 38 45 51 58 64 70 75 80 84
    88 91 94 96 98 99 100 100 100 100 100 100 100 100
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    表  5  步进电机的常规开环控制

    Table  5.   Conventional open loop control of stepping motor

    Target trip Speed/pps Time/ms Actual trip
    600 40 150 595
    100 60 560
    1000 40 250 990
    100 100 975
    2000 40 500 2000
    100 200 1958
    4000 40 1000 3994
    100 400 3910
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    表  6  步进电机的动态规划开环控制

    Table  6.   Dynamic programming and open loop control of stepping motor

    Target trip Time/ms Actual trip
    600 140 599
    1000 180 1001
    2000 260 2003
    4000 420 4001
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-06-17
  • 修回日期:  2020-08-10
  • 刊出日期:  2022-02-20

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