Vier Präzisionssteuerungsmethoden für Schrittmotoren mit STM32

Die Ansteuerung von Schrittmotoren mit STM32-Mikrocontrollern erfordert eine präzise Kontrolle von Schrittfrequenz, Richtung, Geschwindigkeit und Beschleunigung. Hier sind vier gängige Präzisionssteuerungsmethoden, die mit STM32 verwendet werden:

1. Timer-basierte Pulserzeugung (Hardware-PWM oder One-Pulse-Modus)

Überblick: Nutzung der fortschrittlichen Timer des STM32 zur Erzeugung präziser Steuersignale.

• Wie:

  • Konfiguration eines Timers (z. B. TIMx) im Output-Compare- oder PWM-Modus.

  • Jeder Timer-Event erzeugt einen Schrittimpuls.

  • Die Drehrichtung wird über einen GPIO-Pin vor dem Start gesetzt.

• Vorteile:

  • Hohe Timing-Genauigkeit.

  • Entlastung der CPU (Schrittausgabe kann per Interrupt oder DMA erfolgen).

• Anwendungsfall: Bewegung mit mittlerer bis hoher Geschwindigkeit und gleichmäßiger Impulserzeugung.

Präzision: Hoch
STM32-Peripherie: TIM, GPIO, DMA (optional)

2. Softwarebasierte Schrittsteuerung mit SysTick oder Timer-Interrupts

Überblick: Schrittimpulse werden softwareseitig über regelmäßige Interrupts erzeugt.

• Wie:

  • Verwendung von SysTick oder TIMx Interrupts.

  • Im Interrupt-Handler wird der Step-Pin getoggelt und der Motorzustand aktualisiert (z. B. Beschleunigung, Richtung).

• Vorteile:

  • Einfachere Umsetzung komplexer Steuerungen (z. B. Mikroschritte, Rampenprofile).

• Nachteile:

  • Höhere CPU-Belastung.

  • Weniger genau als Hardware-Lösungen, wenn nicht gut optimiert.

Präzision: Mittel bis Hoch (abhängig von der Interrupt-Steuerung)
STM32-Peripherie: SysTick, TIM, NVIC, GPIO

3. Mikroschrittsteuerung mit DAC/PWM + externem Treiber

Überblick: Erzeugung von Sinus-/Cosinus-Wellenformen mit DAC oder PWM zur Ansteuerung von Mikroschritttreibern.

• Wie:

  • Nutzung des STM32-DACs oder PWM zur Erzeugung von Sinus-/Cosinus-Signalen.

  • Signale werden an einen externen Treiber (z. B. DRV8825 oder L298N) weitergegeben.

• Vorteile:

  • Sehr gleichmäßige Bewegung.

  • Höhere Auflösung, weniger Vibrationen und Geräusche.

• Nachteile:

  • Höhere Komplexität.

  • Zusätzliche Hardware erforderlich.

Präzision: Sehr hoch
STM32-Peripherie: DAC, PWM (TIM), DMA (optional), GPIO

4. Geschlossene Regelung (Closed-Loop-Steuerung mit Rückmeldung)

Überblick: Verwendung eines Encoders oder Sensors zur Positionsüberwachung und Rückkopplung.

• Wie:

  • Encoder wird über Timer im Encoder-Modus ausgelesen.

  • Vergleich von Soll- und Istposition.

  • Schrittimpulse werden bei Bedarf angepasst.

• Vorteile:

  • Keine Schrittverluste.

  • Höhere Beschleunigungen und präzisere Kontrolle möglich.

• Nachteile:

  • Feedback-Hardware und Regelalgorithmen (z. B. PID) notwendig.

  • Komplexere Software.

Präzision: Sehr hoch
STM32-Peripherie: TIM (Encoder-Modus), ADC (für analoge Sensoren), GPIO, PID-Regelung

Zusammenfassungstabelle