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1、电机调速实验平台使用说明书小组成员： XXX XXX XXX XXX2014.5目 录目 录2第一章电机调速实验平台11.平台简介12.硬件配置12.1最小系统控制模块12.2直流电机22.3步进电机33.产品零部件关系54.光盘介绍5第二章使用指导61.实验一：步进电机实验61.1实验要求61.2实验目的61.3实验内容61.4实验程序72.实验二：直流电机实验82.1 实验要求82.2 实验目的82.3 实验内容82.4 实验程序93.实验三：直流电机和步进电机同步调速实验103.1 实验要求103.2 实验目的103.3 实验内容103.4 实验程序11第三章设备维护与注意事项121.设
2、备的维护保养122.注意事项12重庆邮电大学工业物联网与网络化控制教育部重点实验室第一章 电机调速实验平台1. 平台简介随着现代化步伐的加快，人们生活水平的不断提高，对自动化的需求也越来越高，直流电机和步进电机的应用领域也不断扩大。例如，军事和宇航方面的雷达天线，火炮瞄准，惯性导航，卫星姿态，飞船光电池对太阳得跟踪等控制；工业方面的各种加工中心，专用加工设备，数控机床，工业机器人，塑料机械和压缩机等设备的控制；计算机外围设备和办公设备中的各种磁盘驱动器，各种光盘驱动器，绘图仪，扫描仪等设备的控制；音像设备和家用电器中的录音机，数码相机，洗衣机，冰箱，电扇等的控制。因此，不论从学习还是实践的角度
3、，对于小型直流电机和步进电机控制方式进行学习和研究对于一名电子信息类专业学生都会产生积极的作用。本实验平台适合用于对直流电机和步进电机的控制方式的研究和学习，可进一步实现直流电机与步进电机之间的同步调速控制。2. 硬件配置实验平台的硬件设备包括最小系统控制模块，直流电机，步进电机。2.1最小系统控制模块本实验平台选用STC公司89C52单片机作为主控制器模块。STC89C52是一种8位的单片机，它具有功耗较低、性能较高的优点，该单片及内部有丰富的存储资源和充足的计算资源，常常用于大学期间51单片机的教学实践中。基本引脚配置如下：1) VCC（40）：单片机电源引脚，不同型号单片机接入相对应的电
4、压电源，常压为+5V，低压为+3V。 2) VSS（20）：接地，也就是GND。3) XTL2（18）和XTL1（19）：外接时钟引脚。XTL1片内振荡电路的输入端，XTL2为振荡电路的输出端。4) PSEN（29）：全称是程序存储器允许输出控制端。在读外部程序存储器时该端口低电平有效。5) RST/VPD（9）：单片机的复位引脚。 6) EA/VPP（31）：该引脚始终接高电平。7) P0口（39-32）：此端口为双向8位三态I/O口，PO口在使用时必须在外电路接上拉电阻。2.2直流电机直流电机是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机。它是能
5、实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。本次设计使用的直流电机的型号是RF-370C，实物图如图所示。图1 RF-370C直流微型电机其详细参数如下：额定电压（V） 12电压范围（V） 615额定扭矩（mN.m） 3.5扭矩范围（mN.m） 0.49-1.47额定转速 （rmin） 20004000额定电流（mA） 90反向转速 （rmin） 4064启动扭矩（mN.m） 4.9本实验平台中直流电机速度安PWM值大小共设了51个等级，从1到51，其中速度等级为1时电机转的最慢，随着数字增加转速越快，
6、速度等级为51时电机转的最快。单片机通过P1.3口控制直流电机的转速，即PWM波形通过P1.3口控制直流电机的转速，占空比越大时速度越快，P1.3口波形如图2所示：图2 P1.3口波形P1.3口波形的各种参数如表1所示：表1 峰值、频率、占空比速度等级VPP/Vf/HZ+Duty/%014.5616.233.2065.1216.2312.0115.3616.2321.8165.6316.1830.6215.7616.1841.4265.8416.1850.8315.7616.2360.7365.6016.2370.5415.3616.1879.9465.0416.2389.9504.6416.
7、2399.72.3步进电机步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机，步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或角位移的控制电机，其位移速度与脉冲频率成正比，位移量与脉冲数成正比。步进电机在结构上也是由定子和转子组成，可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场，该矢量场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁极磁场方向与定子的磁场方向一着该磁场旋转一个角度。因此，控制电机转子旋转实际上就是以一定的规律控制定子绕组的电流来产生旋转的磁场。每来一个脉冲电压，转子就旋转一个步距角，称为一步。根据电压脉冲的分配方式，步进电机各相绕组的电流轮流切换，在供给连续脉冲时，就能
8、一步一步地连续转动，从而使电机旋转。试验平台使用的步进电机的型号是M35SP-7NP的电机，其详细参数如下：额定直流电压6V-24V上拉扭矩17.6mNm/200pps外径35mm（最薄处）步距角7.5转矩29.4 mN.m转动方式单四拍/双四拍/八拍输出转矩18.1mNm/200pps引线电源线和四根相位线M35SP-7NP电机的特点：紧凑的尺寸和高输出转矩。运行稳定和噪声小。步距角：7.5。良好的响应效果。M35SP-7NP电机是四相八拍电机，额定电压值为直流6V到24V。在控制脉冲的作用下，电机可以一步一步地转动，每来一个脉冲，转子就会旋转相应的一个步距角的角度。在不同的特点方式下，步进
9、电机可以按照单四拍（A-B-C-D-A），双（双相绕组通电）四拍（AB-BC-CD-DA-AB）或者八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）的方式转动。M35SP-7NP电机共有五根线，从上至下分别是白、蓝、橙、黑、红线。根据资料蓝线接电源，为确定其余四根线的相序，根据排序方法这四根线都可以接到TB6560四个输出端的任意一个，故总共有十六种接法，最后试出来的接法是白、橙、黑、红线依次接TB6560的A+、A-、B+、B-，所以可以确定白线是A相、橙线是B相、黑线是C相、红线是D相。M35SP-7NP步进电机的实物图如图3所示：图3 M35SP-7NP步进电机的实物图本试验平台步进电
10、机的速度共设了15个速度等级，从1到15，随着数字增加转速越快，其中速度等级1时电机转的最慢，速度等级15时电机转的最快。由示波器测得在某速度下波形频率如表2所示：表2 波形频率与速度的关系速度频率011.67022.01032.61042.93053.26063.84074.75085.80096.66108.98119.891215.531319.061436.941558.903. 产品零部件关系本实验平台整体为一实验箱，主要包括的部件包括最小系统控制模块，直流电机驱动模块，步进电机驱动模块，直流电机，步进电机最小系统控制模块包含51单片机及外围电路。直流电机驱动模块包含直流电机及驱动电
11、路。步进电机驱动模块包含步进电机及驱动电路。4. 光盘介绍见光盘内的光盘目录。第二章 使用指导1. 实验一：步进电机实验1.1 实验要求1、熟悉步进电机的基本构造和工作原理。2、熟悉单片机对步进电机控制原理。 1.2 实验目的通过实验平台，实现步进电机按规定的速度进行加减速控制，转过指定的角度。所有命令通过键盘输入，步进电机在运行过程中要有状态和数据指示。1.3 实验内容1、实验分析从理论上讲，给驱动器一个脉冲，步进电机就旋转一个步距角（细分时为一个细分步距角）。实际上，如果脉冲信号变化太快，步进电机由于内部的反向电动势的阻尼作用，转子与定子之间的磁反应将跟随不上电信号的变化，将导致堵转和丢步
12、。所以步进电机在高速启动时，需要采用脉冲频率升速的方法，在停止时也要有降速过程，以保证实现步进电机精密定位控制。2、加减速原理加速过程，是由基础频率（低于步进电机的直接起动最高频率）与跳变频率（逐渐加快的频率）组成加速曲线（降速过程反之）。跳变频率是指步进电机在基础频率上逐渐提高的频率，此频率不能太大，否则会产生堵转和丢步。加减速曲线一般为指数曲线或经过修调的指数曲线，当然也可采用直线或正弦曲线等。使用单片机或者PLC，都能够实现加减速控制。对于不同负载、不同转速，需要选择合适的基础频率与跳变频率，才能够达到最佳控制效果。很多工控场合，要求步进电机运行平稳、振动小、噪音低、瞬间完成执行指令、高
13、精度定位，都需要在编写软件时使用加减速方法。3.实验方法步进电机拖动负载高速移动一定距离并精确定位时，一般来说都应包括“启动-加速-高速运行(匀速)-减速-停止”五个阶段，速度特性通常为梯形，如果移动的距离很短则为三角形速度特性，如图2.1所示。图2.1 步进电机的速度曲线实验中首先选定步进电机型号以及步进电机驱动器的细分数，下面以16细分数为例，则此时的步距角为。4、加减速运行的单片机实现步进电机的加速和减速可以通过不断修改定时器初值来实现。在电机加速阶段，从启动瞬时开始，每产生一个脉冲，定时器初值减小某一定数值，则相应脉冲周期减小，即脉冲频率增加；在减速阶段，定时器初值不断增加，则相应脉冲
14、周期增大，即脉冲频率减小。设是单片机晶振脉冲的频率，该实验设计的关键是确定脉冲定时，脉冲时间间隔即脉冲周期和脉冲频率。假设从启动瞬时开始计算脉冲数，加速阶段脉冲数为，并设启动瞬时为计时起点，定时器初值为，定时器初值的减量为。从加速阶段的物理过程可知，第一个脉冲周期，即启动时的脉冲周期，。由于定时器初值的修改，第2个脉冲周期，脉冲定时，则第个脉冲周期为：，脉冲定时为：，脉冲频率为：。若令，即加速阶段相邻两脉冲周期的减量，则上述公式简化为：1.4 实验程序参见附件光盘。2. 实验二：直流电机实验2.1 实验要求1、熟悉直流电机的基本构造和工作原理。2、熟悉单片机对直流电机控制原理。 2.2 实验目的通过实验平台，实现直流电机按规定的速度进行加减速控制。所有命令通过键盘输入，步进电机在运行过程中要有状态和数据指示。2.3 实验内容1、实验分析直流电机转速的控制主要是通过改变输入PWM波的占空比实现的，理论上转速与占空比D近似的线性关系，即改变施加在电枢两端电压就能改变电机的转速。2、实验原
