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两相步进电机控制系统设计.

(3)任何时候按一下“STOP”键,步进电机停止转动。
(4)点动:按键,步进电机转过3度步距角;再按,再转过3度步距角……
(5)用1602显示屏显示转过的角度。
(6)用L298芯片驱动。
2步进电机原理
2.1步进电机原理及控制技术
步进电机一般分为永磁式(PM)、反应式(VR)和混合式(HB)3种类型。目前,二相混合式步进电机的应用最为广泛。图5为二相六线式步进电机的工作原示意图。由图可知,它有2个绕组,且每个绕组都有一个中间抽头。因此,二相步进电机也就有了6根引线。当电机中的绕组通电后,其定子磁极产生磁场,将转子吸合到相应的磁极处。若绕组在控制脉冲的作用下,通电方向使定子在顺时针方向轮流产生磁场,则电机可顺时针转动;通电方向使定子在逆时针方向轮流产生磁场,则电机可逆时针转动。控制脉冲每作用一次,通电方向就变化一次,使电机转动一步,即一个步距角。脉冲频率越高,电机转动也就越快。
本次课设所使用的二相步进电机需要采用双极性的接法。双极性则是指步进电机线圈中电流的流动方向不是单向的,即绕组线圈中的电流有时沿某一方向流动,有时按相反方向流动。步进电机的双极性驱动电路如图2-5所示它使用8个晶体管来驱动2组相位。双极性驱动电路可以同时驱动四线式或六线式的二相步进电机。对于二相六线式步进电机而言, 2个绕组的中间抽头Vdd1和Vdd2都悬空。根据步进电机的工作原理,当控制器给驱动器发出脉冲信号时,驱动器经过环形分配器和功率放大后,电机绕组通电的顺序为 ,其4个状态按顺序周而复始进行变化,电机转动;若通电时序就变为 时,电机就逆向转动。步进电机运转时,当达林顿管Q1和Q4导通时,线圈中电流方向为A→ ;当林顿管Q2和Q3导通时,线圈中电流方向为 →A。可见,步进电机线圈中的电流方向在运转过程中是不断改变的。
(4)步进电机的加减速控制
在步进电机控制系统中,通过实验发现,如果信号变化太快,步进电机由于leizi888 2010
惯性跟不上电信号的变化,这时就会产生堵转和失步现象。所有步进电机在启动时,必须有加速过程,在停止时波形有减速过程。理想的加速曲线一般为指数曲线,步进电机整个降速过程频率变化规律是整个加速过程频率变化规律的逆过程。选定的曲线比较符合步进电机升降过程的运行规律,能充分利用步进电机的有效转矩,快速响应性好,缩短了升降速的时间,并可防止失步和过冲现象。在一个实际的控制系统中,要根据负载的情况来选择步进电机。步进电机能响应而不失步的最高步进频率称为“启动频率”,于此类似“停止频率”是指系统控制信号突然关断,步进电机不冲过目标位置的最高步进频率。电机的启动频率、停止频率和输出转矩都要和负载的转动惯量相适应,有了这些数据,才能有效地对电机进行加减速控制。加速过程有突然施加的脉冲启动频率f0。步进电机的最高启动频率(突跳频率)一般为0.1 KHz到3~4KHz,而最高运行频率则可以达到N*102KHz,以超过最高启动频率的频率直接启动,会产生堵转和失步的现象。在一般的应用中,经过大量实践和反复验证,频率如按直线上升或下降,控制效果就可以满足常规的应用要求。用PLC实现步进电机的加P减速控制,实践上就是控制发脉冲的频率。加速时,使脉冲频率增高,减速则相反。如果使用定时器来控制电机的速度,加减速控制就是不断改变定时中断的设定值。速度从v1~v2变化,如果是线性增加,则按给定的斜率加P减速;如果是突变,则按阶梯加速处理。在此过程中要处理好两个问题:
综合课程设计
题目
两相步进电机
学院
计信学院
专业
10自动化
班级
2班
学生姓名
指导教师
文远熔
2012

12

28

两相步进电机课程设计报告
步进电机是一种进行精确步进运动的机电执行元件,它广泛应用于工业机械的数字控制,为使系统的可靠性、通用性、可维护性以及性价比最优,根据控制系统功能要求及步进电机应用环境,确定了设计系统硬件和软件的功能划分,从而实现了基于8051单片机的四相步进电机的开环控制系统。控制系统通过单片机存储器、I/O接口、中断、键盘、LED显示器的扩展、步进电机的环形分频器、驱动及保护电路、人机接口电路、中断系统及复位电路、单电压驱动电路等的设计,实现了四相步进电机的正反转,急停等功能。为实现单片机控制步进电机系统在数控机床上的应用,系统设计了两个外部中断,以实现步进电机在某段时间内的反复正反转功能,也即数控机床的刀架自动进给运动,随着单片机技术的不断发展,单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛,自六十年代初期以来,步进电机的应用得到很大的提高。人们用它来驱动时钟和其他采用指针的仪器,打印机、绘图仪,磁盘光盘驱动器、各种自动控制阀、各种工具,还有机器人等机械装置。此外作为执行元件,步进电机是机电一体化的关键产品之一,被广泛应用在各种自动化控制系统中,随着微电子和计算机技术的发展,它的需要量与日俱增,在各个国民经济领域都有应用。步进电机是机电数字控制系统中常用的执行元件,由于其精度高、体积小、控制方便灵活,因此在智能仪表和位置控制中得到了广泛的应用,大规模集成电路的发展以及单片机技术的迅速普及,为设计功能强,
(1)
图4-21 二相步进电机原理图
(2)步进电机的速度控制
如果给步进电机发一个控制脉冲,它就转一步,再发一个脉冲,它会再转一步。两个脉冲的间隔越短,步进电机就转得越快。调整送给步进电机的脉冲频率,就可以对步进电机进行调试。
(3)步进电机的起停控制
步进电机由于其电气特性,运转时会有步进感。为了使电机转动平滑,减小振动,可在步进电机控制脉冲的上升沿和下降沿采用细分的梯形波,可以减小步进电机的步进角,跳过电机运行的平稳性。在步进电机停转时,为了防止因惯性而使电机轴产生顺滑,则需采用合适的锁定波形,产生锁定磁力矩,锁定步进电机的转轴,使步进电机转轴不能自由转动。
价格低的步进电机控制驱动器提供了先进的技术和充足的资源。
关键字:步进电机单片机
1设计内容
根据给定的任务要求选择合适的单片机和其他电子元件,进行系统硬件电路设计和软件编程,根据系统制作并调试电路板,使之:
(1)按键,步进电机按一定速度正转。
(2)按键,步进电机按一定速度反转。
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