步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)論文
步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)論文
步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件， 是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的電機(jī)控制技術(shù)論文，希望你們喜歡。
電機(jī)控制技術(shù)論文篇一
步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)
摘要：步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件， 是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展， 步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增， 在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī);執(zhí)行元件;計(jì)算機(jī);發(fā)展
1步進(jìn)電機(jī)原理及特征
1.1步進(jìn)電機(jī)的目前發(fā)展情況
步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)， 它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(稱為“步距角”)， 它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量， 從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的;同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度， 從而達(dá)到調(diào)速的目的。在非超載的情況下， 電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)， 而不受負(fù)載變化的影響， 即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)， 電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在， 加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域使用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制變得非常簡(jiǎn)單。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)， 利用其沒有積累誤差(精度為100%)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。
1.2步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)
1.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)每相繞組不是恒定地通電， 而是按一定的規(guī)律輪流通電。 2.每輸入一個(gè)脈沖電信號(hào)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱為步距角。 3.步進(jìn)電機(jī)可以按特定指令進(jìn)行角度控制， 也可以進(jìn)行速度控制。角度控制時(shí)， 每輸入一個(gè)脈沖， 定子繞組就換接一次， 輸出軸就轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度， 其步數(shù)與脈沖數(shù)一致， 輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角位移量與輸入脈沖成正比。速度控制時(shí)， 步進(jìn)電機(jī)繞組中送入的是連續(xù)脈沖， 各相繞組不斷地輪流通電， 步進(jìn)電機(jī)連續(xù)動(dòng)轉(zhuǎn)， 它的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變通電順序， 即改變定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向， 就可以控制電機(jī)正轉(zhuǎn)或是反轉(zhuǎn)。
1.3步進(jìn)電機(jī)的一些典型運(yùn)用場(chǎng)合
?、俨竭M(jìn)電機(jī)主要用于一些有定位要求的場(chǎng)合。例如：線切割的工作臺(tái)拖動(dòng)，植毛機(jī)工作臺(tái)(毛孔定位)，包裝機(jī)(定長(zhǎng)度)?；旧仙婕暗蕉ㄎ坏膱?chǎng)合都用得到。
?、趶V泛應(yīng)用于ATM機(jī)、噴繪機(jī)、刻字機(jī)、寫真機(jī)、噴涂設(shè)備、醫(yī)療儀器及設(shè)備、計(jì)算機(jī)外設(shè)及海量存儲(chǔ)設(shè)備、精密儀器、工業(yè)控制系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化、機(jī)器人等領(lǐng)域。特別適合要求運(yùn)行平穩(wěn)、低噪音、響應(yīng)快、使用壽命長(zhǎng)、高輸出扭矩的應(yīng)用場(chǎng)合。
?、鄄竭M(jìn)電機(jī)在電腦繡花機(jī)等紡織機(jī)械設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用，這類步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)是保持轉(zhuǎn)矩不高，頻繁啟動(dòng)反應(yīng)速度快、運(yùn)轉(zhuǎn)噪音低、運(yùn)行平穩(wěn)、控制性能好、整機(jī)成本低。
目前用于電腦繡花機(jī)的步進(jìn)電機(jī)多數(shù)為三相混合式步進(jìn)電機(jī)，并采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)可以大大改善步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行品質(zhì)，減少轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，抑制振蕩，降低噪音，提高步矩分辨率。
1.4 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)原理及結(jié)構(gòu)
步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(及步進(jìn)角)?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的;也可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。
在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)。
1.5 旋轉(zhuǎn)
如A相通電，B，C相不通電時(shí)，由于磁場(chǎng)作用，齒1與A對(duì)齊，(轉(zhuǎn)子不受任何力，以下均同)。如B相通電，A，C相不通電時(shí)，齒2應(yīng)與B對(duì)齊，此時(shí)轉(zhuǎn)子向右移過(guò)1/3て，此時(shí)齒3與C偏移為1/3て，齒4與A偏移(て-1/3て)=2/3て。如C相通電，A，B相不通電，齒3應(yīng)與C對(duì)齊，此時(shí)轉(zhuǎn)子又向右移過(guò)1/3て，此時(shí)齒4與A偏移為1/3て對(duì)齊。 如A相通電，B，C相不通電，齒4與A對(duì)齊，轉(zhuǎn)子又向右移過(guò)1/3て。
這樣經(jīng)過(guò)A、B、C、A分別通電狀態(tài)，齒4(即齒1前一齒)移到A相，電機(jī)轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距，如果不斷地按A，B，C，A……通電，電機(jī)就每步(每脈沖)1/3て，向右旋轉(zhuǎn)。如按A，C，B，A……通電，電機(jī)就反轉(zhuǎn)。由此可見：電機(jī)的位置和速度由導(dǎo)電次數(shù)(脈沖數(shù))和頻率成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。而方向由導(dǎo)電順序決定。
2電路設(shè)計(jì)分析
2.1 8253及8255驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)電路
?、侔磮D連接線路，利用8255 輸出脈沖序列，開關(guān)K0～K6 控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速，K7控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向。8255 CS 接288H～28FH。PA0～PA3 接BA～BD;PC0～PC7 接K0～K7。
?、诰幊蹋寒?dāng)K0～K6 中某一開關(guān)為“1”(向上撥)時(shí)步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)，并且電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度大小不同。K7 向上打電機(jī)正轉(zhuǎn)，向下打電機(jī)反轉(zhuǎn)。
2.2實(shí)驗(yàn)重要參數(shù)計(jì)算
由實(shí)際測(cè)試得，stepcount步數(shù)設(shè)定為約59步時(shí)。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈。
由實(shí)驗(yàn)要求：先順時(shí)針，每分鐘6圈，轉(zhuǎn)十分鐘。約得stepcount=59*6*10=3540。
停止三秒：8086機(jī)器周期為1/5MHz.3s=1/5MHz*15*exp6即15M個(gè)機(jī)器周期的指令。
后逆時(shí)針，每分鐘30圈，轉(zhuǎn)十分鐘。約得stepcount=59*30*10=17700。
2.3 實(shí)際問題及解決方法
①硬件連接及軟件程序不夠熟練，經(jīng)多方面查資料，翻閱書籍，確定設(shè)計(jì)方案及硬件軟件的具體設(shè)計(jì)內(nèi)容。
?、阪I盤及LED顯示的控制不夠理想，經(jīng)程序的細(xì)心解讀，最終達(dá)到了設(shè)計(jì)的目的。按10號(hào)鍵顯示0。。。0030，按12號(hào)鍵顯示1。。。0006，按14號(hào)鍵啟動(dòng)運(yùn)行，按15號(hào)鍵停止運(yùn)行。 ③轉(zhuǎn)速控制，開始不夠精確。經(jīng)反復(fù)測(cè)試，最終確定為59步每圈。并計(jì)算出6R/MIN，30R/MIN的設(shè)定步數(shù)。
3總結(jié)體會(huì)
首先，利用星研集成環(huán)境軟件編輯并運(yùn)行程序，在STAR ES598PCI實(shí)驗(yàn)儀上調(diào)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析實(shí)驗(yàn)程序及硬件電路;然后，在利用原有源程序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制不是很明顯，這就要求修改控制步速Takesetpcount的數(shù)值，及8253的分頻數(shù)，以使電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到6r/min和30r/min。其次，調(diào)節(jié)8259控制鍵盤及顯示，最終達(dá)到實(shí)時(shí)顯示轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動(dòng)方向，并用鍵盤控制其啟動(dòng)與停止。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)是由電脈沖信號(hào)控制的，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移量或線位移量與脈沖數(shù)成正比，每給一個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度(步距角)或前進(jìn)/倒退一步，所以希望清晰的看到電機(jī)的此特性。我們通過(guò)設(shè)定步速及轉(zhuǎn)速，此時(shí)可以觀測(cè)到電機(jī)的步進(jìn)及轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的步數(shù)。
參考文獻(xiàn)
【1】王忠民，等。微型計(jì)算機(jī)原理(第二版)。西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2007
【2】江曉安，董秀峰。模擬電子技術(shù)(第三版)。西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2009
【3】李全利。單片機(jī)原理及接口技術(shù)。北京：高等教育出版社，2010
步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)
韓 浩
(西安文理學(xué)院物理與機(jī)械電子工程系 陜西西安 710000)
摘要：步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件， 是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展， 步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增， 在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī);執(zhí)行元件;計(jì)算機(jī);發(fā)展
1步進(jìn)電機(jī)原理及特征
1.1步進(jìn)電機(jī)的目前發(fā)展情況
步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)， 它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(稱為“步距角”)， 它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量， 從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的;同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度， 從而達(dá)到調(diào)速的目的。在非超載的情況下， 電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)， 而不受負(fù)載變化的影響， 即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)， 電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在， 加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域使用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制變得非常簡(jiǎn)單。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)， 利用其沒有積累誤差(精度為100%)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。
1.2步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)
1.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)每相繞組不是恒定地通電， 而是按一定的規(guī)律輪流通電。 2.每輸入一個(gè)脈沖電信號(hào)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱為步距角。 3.步進(jìn)電機(jī)可以按特定指令進(jìn)行角度控制， 也可以進(jìn)行速度控制。角度控制時(shí)， 每輸入一個(gè)脈沖， 定子繞組就換接一次， 輸出軸就轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度， 其步數(shù)與脈沖數(shù)一致， 輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角位移量與輸入脈沖成正比。速度控制時(shí)， 步進(jìn)電機(jī)繞組中送入的是連續(xù)脈沖， 各相繞組不斷地輪流通電， 步進(jìn)電機(jī)連續(xù)動(dòng)轉(zhuǎn)， 它的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變通電順序， 即改變定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向， 就可以控制電機(jī)正轉(zhuǎn)或是反轉(zhuǎn)。
1.3步進(jìn)電機(jī)的一些典型運(yùn)用場(chǎng)合
?、俨竭M(jìn)電機(jī)主要用于一些有定位要求的場(chǎng)合。例如：線切割的工作臺(tái)拖動(dòng)，植毛機(jī)工作臺(tái)(毛孔定位)，包裝機(jī)(定長(zhǎng)度)。基本上涉及到定位的場(chǎng)合都用得到。
?、趶V泛應(yīng)用于ATM機(jī)、噴繪機(jī)、刻字機(jī)、寫真機(jī)、噴涂設(shè)備、醫(yī)療儀器及設(shè)備、計(jì)算機(jī)外設(shè)及海量存儲(chǔ)設(shè)備、精密儀器、工業(yè)控制系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化、機(jī)器人等領(lǐng)域。特別適合要求運(yùn)行平穩(wěn)、低噪音、響應(yīng)快、使用壽命長(zhǎng)、高輸出扭矩的應(yīng)用場(chǎng)合。
③步進(jìn)電機(jī)在電腦繡花機(jī)等紡織機(jī)械設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用，這類步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)是保持轉(zhuǎn)矩不高，頻繁啟動(dòng)反應(yīng)速度快、運(yùn)轉(zhuǎn)噪音低、運(yùn)行平穩(wěn)、控制性能好、整機(jī)成本低。
目前用于電腦繡花機(jī)的步進(jìn)電機(jī)多數(shù)為三相混合式步進(jìn)電機(jī)，并采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)可以大大改善步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行品質(zhì)，減少轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，抑制振蕩，降低噪音，提高步矩分辨率。
1.4 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)原理及結(jié)構(gòu)
步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(及步進(jìn)角)?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的;也可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。
在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)。
1.5 旋轉(zhuǎn)
如A相通電，B，C相不通電時(shí)，由于磁場(chǎng)作用，齒1與A對(duì)齊，(轉(zhuǎn)子不受任何力，以下均同)。如B相通電，A，C相不通電時(shí)，齒2應(yīng)與B對(duì)齊，此時(shí)轉(zhuǎn)子向右移過(guò)1/3て，此時(shí)齒3與C偏移為1/3て，齒4與A偏移(て-1/3て)=2/3て。如C相通電，A，B相不通電，齒3應(yīng)與C對(duì)齊，此時(shí)轉(zhuǎn)子又向右移過(guò)1/3て，此時(shí)齒4與A偏移為1/3て對(duì)齊。 如A相通電，B，C相不通電，齒4與A對(duì)齊，轉(zhuǎn)子又向右移過(guò)1/3て。
這樣經(jīng)過(guò)A、B、C、A分別通電狀態(tài)，齒4(即齒1前一齒)移到A相，電機(jī)轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距，如果不斷地按A，B，C，A……通電，電機(jī)就每步(每脈沖)1/3て，向右旋轉(zhuǎn)。如按A，C，B，A……通電，電機(jī)就反轉(zhuǎn)。由此可見：電機(jī)的位置和速度由導(dǎo)電次數(shù)(脈沖數(shù))和頻率成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。而方向由導(dǎo)電順序決定。 2電路設(shè)計(jì)分析
2.1 8253及8255驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)電路
?、侔磮D連接線路，利用8255 輸出脈沖序列，開關(guān)K0～K6 控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速，K7控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向。8255 CS 接288H～28FH。PA0～PA3 接BA～BD;PC0～PC7 接K0～K7。
?、诰幊蹋寒?dāng)K0～K6 中某一開關(guān)為“1”(向上撥)時(shí)步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)，并且電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度大小不同。K7 向上打電機(jī)正轉(zhuǎn)，向下打電機(jī)反轉(zhuǎn)。
2.2實(shí)驗(yàn)重要參數(shù)計(jì)算
由實(shí)際測(cè)試得，stepcount步數(shù)設(shè)定為約59步時(shí)。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈。
由實(shí)驗(yàn)要求：先順時(shí)針，每分鐘6圈，轉(zhuǎn)十分鐘。約得stepcount=59*6*10=3540。
停止三秒：8086機(jī)器周期為1/5MHz.3s=1/5MHz*15*exp6即15M個(gè)機(jī)器周期的指令。
后逆時(shí)針，每分鐘30圈，轉(zhuǎn)十分鐘。約得stepcount=59*30*10=17700。
2.3 實(shí)際問題及解決方法
?、儆布B接及軟件程序不夠熟練，經(jīng)多方面查資料，翻閱書籍，確定設(shè)計(jì)方案及硬件軟件的具體設(shè)計(jì)內(nèi)容。
?、阪I盤及LED顯示的控制不夠理想，經(jīng)程序的細(xì)心解讀，最終達(dá)到了設(shè)計(jì)的目的。按10號(hào)鍵顯示0。。。0030，按12號(hào)鍵顯示1。。。0006，按14號(hào)鍵啟動(dòng)運(yùn)行，按15號(hào)鍵停止運(yùn)行。
?、坜D(zhuǎn)速控制，開始不夠精確。經(jīng)反復(fù)測(cè)試，最終確定為59步每圈。并計(jì)算出6R/MIN，30R/MIN的設(shè)定步數(shù)。
3總結(jié)體會(huì)
首先，利用星研集成環(huán)境軟件編輯并運(yùn)行程序，在STAR ES598PCI實(shí)驗(yàn)儀上調(diào)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析實(shí)驗(yàn)程序及硬件電路;然后，在利用原有源程序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制不是很明顯，這就要求修改控制步速Takesetpcount的數(shù)值，及8253的分頻數(shù)，以使電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到6r/min和30r/min。其次，調(diào)節(jié)8259控制鍵盤及顯示，最終達(dá)到實(shí)時(shí)顯示轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動(dòng)方向，并用鍵盤控制其啟動(dòng)與停止。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)是由電脈沖信號(hào)控制的，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移量或線位移量與脈沖數(shù)成正比，每給一個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度(步距角)或前進(jìn)/倒退一步，所以希望清晰的看到電機(jī)的此特性。我們通過(guò)設(shè)定步速及轉(zhuǎn)速，此時(shí)可以觀測(cè)到電機(jī)的步進(jìn)及轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的步數(shù)。
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電機(jī)控制技術(shù)論文篇二
步進(jìn)電機(jī)的加減速控制
[摘 要]本文詳細(xì)分析了步進(jìn)電機(jī)及其工作原理，并基于MCS-51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)的數(shù)字控制系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)中加入了步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分技術(shù)和恒頻脈寬調(diào)制技術(shù)。結(jié)合脈沖分配器的使用，開發(fā)了簡(jiǎn)單的細(xì)分驅(qū)動(dòng)控制電路。
[關(guān)鍵詞]步進(jìn)電機(jī);單片機(jī);細(xì)分控制
中圖分類號(hào)：F140 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X(2015)40-0038-01
一、引言
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和微電子控制技術(shù)的應(yīng)用，步進(jìn)電機(jī)作為一種可以精確控制的電機(jī)，廣泛應(yīng)用在高精密加工機(jī)床，微型機(jī)器人控制，航天衛(wèi)星等高科技領(lǐng)域。
二、 步進(jìn)電機(jī)的原理
步進(jìn)電機(jī)是一種控制用的特種電機(jī)，它無(wú)法像傳統(tǒng)電機(jī)那樣直接通過(guò)輸入交流或直流電流使其運(yùn)行，而是需要輸入脈沖電流來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，所以步進(jìn)電機(jī)又稱為脈沖電機(jī)。其功能是將脈沖電信號(hào)變換為相應(yīng)的角位移或直線位移，即給一個(gè)脈沖電信號(hào)，電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度或前進(jìn)一步。按勵(lì)磁方式可以分為反應(yīng)式、永磁式和混合式三種類型，本設(shè)計(jì)中選用的是反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
這是一臺(tái)四相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的典型結(jié)構(gòu)。共有4套定子控制繞組，繞在徑向相對(duì)的兩個(gè)磁極上的一套繞組為一相，也就是說(shuō)定子上兩個(gè)相對(duì)的大齒就是一個(gè)相，電機(jī)按照A―B―C―D―A……的順序不斷接通和斷開控制繞組，轉(zhuǎn)子就會(huì)一步一步的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。其轉(zhuǎn)速取決與各控制繞組通電和斷電的頻率，即輸入的脈沖頻率。旋轉(zhuǎn)的方向則取決與各控制繞組輪流通電的順序。
三、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制
步進(jìn)電機(jī)不能直接接到直流或交流電源上工作，必須使用專門的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器。步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能，不僅取決于步進(jìn)電機(jī)自身的性能，也取決于步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)劣。
步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式有很多種，包括單電壓驅(qū)動(dòng)、雙電壓驅(qū)動(dòng)、斬波驅(qū)動(dòng)、細(xì)分驅(qū)動(dòng)、集成電路驅(qū)動(dòng)和雙極性驅(qū)動(dòng)。本設(shè)計(jì)選用的是恒頻脈寬調(diào)制細(xì)分驅(qū)動(dòng)控制方式，這是在斬波恒流驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)上的進(jìn)一步改進(jìn)，既可以使細(xì)分后的步距角均勻一致，又可以避免復(fù)雜的計(jì)算。
四、恒頻脈寬調(diào)制細(xì)分電路的設(shè)計(jì)
1、脈沖分配的實(shí)現(xiàn)
在步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī)控制中，控制信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生。它的通電換相順序嚴(yán)格按照步進(jìn)電機(jī)的工作方式進(jìn)行。通常我們把通電換相這一過(guò)程稱為脈沖分配。本設(shè)計(jì)中選用8713脈沖分配器芯片來(lái)進(jìn)行通電換相控制。
2、系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì)
步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)如圖2所示。
從上圖可以看出，8713脈沖分配器的5、6、7引腳均接高電平，所以這是一個(gè)控制四相步進(jìn)電機(jī)按四相八拍運(yùn)行的控制電路。8751單片機(jī)的P1.0和P1.1端口分別與8713脈沖分配器的3引腳和4引腳相連。由8751單片機(jī)的P1.0端提供步進(jìn)脈沖，P1.1端則控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，輸出高電平，步進(jìn)電機(jī)正傳;輸出低電平，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。單片機(jī)依然是控制的主體，它通過(guò)定時(shí)器T0輸出20kHz的方波，送D觸發(fā)器，作為恒頻信號(hào)。同時(shí)，由8713脈沖分配器的脈沖輸出端輸出的方波脈沖信號(hào)作為控制信號(hào)，它的方波電壓的每一次變化，都使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一步。
當(dāng)8713脈沖分配器的脈沖輸出端輸出的方波脈沖信號(hào)Ua不變時(shí)，恒頻信號(hào)CLK的上升沿使D觸發(fā)器輸出Ub高電平，使開關(guān)管T1、T2導(dǎo)通，繞組中的電流上升，采樣電阻上R2上壓降增加。當(dāng)這個(gè)壓降大于Ua時(shí)，比較器輸出低電平，使D觸發(fā)器輸出Ub低電平，T1、T2截止，繞組的電流下降。這使得R2上的壓降小于Ua，比較器輸出高電平，使D觸發(fā)器輸出高電平，T1、T2導(dǎo)通，繞組中的電流重新上升。這樣的過(guò)程反復(fù)進(jìn)行，使繞組電流的波頂呈鋸齒形。因?yàn)镃LK的頻率較高，鋸齒形波紋會(huì)很小。
當(dāng)Ua上升突變時(shí)，采樣電阻上的壓降小于Ua，電流有較長(zhǎng)的上升時(shí)間，電流幅值大幅增長(zhǎng)，上升了一個(gè)階段，但由于這里輸出的是方波信號(hào)而不是階梯信號(hào)，所以只有一個(gè)上升階段，也就是說(shuō)這個(gè)“階梯信號(hào)”只包含了一個(gè)階，并沒有把每一步細(xì)分成許多步，而是令輸出脈沖信號(hào)上升和下降的坡度變大，使原本的方波輸出變的圓滑，實(shí)現(xiàn)了控制信號(hào)類似梯形的平滑處理，如圖3所示。
同樣，當(dāng)Ua下降突變時(shí)，采樣電阻上的壓降有較長(zhǎng)時(shí)間大于Ua，比較器輸出低電平，CLK的上升沿即使會(huì)讓D觸發(fā)器輸出1也馬上清零。電源始終被切斷，使電流幅值大幅下降，降到新的階段為止。
以上過(guò)程重復(fù)進(jìn)行。Ua每一次變化，就會(huì)使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)細(xì)分步。
在這個(gè)電路中有一個(gè)最突出的特點(diǎn)，那就是用8713脈沖分配器所輸出的脈沖信號(hào)取代了典型恒頻脈寬細(xì)分電路中D/A轉(zhuǎn)換器所提供的階梯控制信號(hào)。這樣的設(shè)計(jì)極大的簡(jiǎn)化了電路，并且降低了脈沖分配的控制難度。雖然用方波信號(hào)取代了階梯波信號(hào)，使得單一相運(yùn)行時(shí)的細(xì)分程度有所降低，但是由于步進(jìn)電機(jī)的四相繞組是同進(jìn)進(jìn)行工作的，所以也可以達(dá)到了步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)控制的目的。
六、結(jié)束語(yǔ)
當(dāng)前，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用正不斷深入到日常生活和工業(yè)制造的各個(gè)方面，并且國(guó)內(nèi)外對(duì)步進(jìn)電機(jī)及其控制技術(shù)的研究也在不斷的進(jìn)步。這些知識(shí)的掌握在今后的工作和生活之中將會(huì)起到非常積極的影響。
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