《步进电机速度控制器设计综述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《步进电机速度控制器设计综述（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、学校代码： 10128学 号： 200820107055专业综合训练题 目： 步进电机速度控制器设计学生姓名： 尹文强学 院： 机械学院系 别： 测控系专 业： 测控技术与仪器班 级： 测控09-1指导教师： 徐永祥 徐 刚 包晓艳 二一三年一月 八 日内蒙古工业大学专业综合训练说明书摘要步进电机是一种将脉冲信号转换成直线位移或角位移的控制微电机，其机械角位移和转速分别与输入电机绕组的脉冲个数和脉冲频率成比例；它易于实现与计算机或其它数字元件接口，适用于数字控制系统。步进电机还具有快速启停，精确步进和定位等特点，因而在数控机床、绘图仪、打印机以及光学仪器中应用广泛。本设计中介绍了二相混合式步进
2、电动机步进电机的结构和工作原理，它的结构简单、成本低，在机电一体化领域里具有广阔的应用前景。本文采用控制电路主要由AT89C51单片机、晶振电路、独立键盘检测电路、数码管显示电路、步进电机驱动电路等组成，而且单片机是控制系统的核心部分。关键词：步进电机；AT89C51单片机；驱动电路。AbstractStepping motor is a kind of pulse signal will be converted into linear displacement or angular displacement control micromotor, its mechanical angula
3、r displacement and speed respectively with the input motor winding pulse number and pulse frequency is proportional to the; It is easy to realize and computer or other digital device interface, suitable for digital control system. Stepping motor has rapid start-stop, accurate step by step and positi
4、oning, and other characteristics, and in the numerical control machine tool, plotter, printer and optical instrument is used widely.This design introduces the two-phase hybrid stepping motor stepping motor structure and working principle, its structure is simple, low cost, in the integration of mech
5、anical and electric field has a broad application prospect. Based on the control circuit is mainly composed of single chip microcomputer AT89C51, crystal oscillator circuit, independent keyboard detection circuit, digital tube display circuit, stepping motor drive circuit, and single chip microcompu
6、ter control system is the core part.Keywords：Stepping motor; AT89C51 single chip microcomputer; Drive circuit.目 录第一章 绪论11.1 课题背景11.2 设计的目的与意义2第二章 步进电机32.1 步进电机的概念32.2 混合步进电机的结构与原理32.3 步进电机的选取5第三章 设计电路63.1 设计方案63.2 步进电机电路的设计63.2.1 时钟电路和复位电路63.2.2 驱动电路83.2.3 键盘9第四章 程序设计114.1 程序流程图114.2 键盘子程序设计114.3 调试
7、运行12第五章 总结13参考文献14附录15第一章 绪论1.1 课题背景步进电动机的机理是基于最基本的电磁铁作用，其原始模型起源于1830 年至1860 年间。1870 年前后开始以控制为目的尝试，应用于氩弧灯的电极输送机构中。这被认为是最初的步进电动机。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。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
8、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，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。步进电动机还具有以下优点：（1）步距角不受各种干扰因素的影响。如电压的大小、电流的数值、波形及温度的变化等，相对来说都不影响步距角。也就是说，转子的运动速度主要取决于脉冲信号的频率，而转子运动的总位移则取决于总的脉冲信号数。（2）误差不积累。步进电动机每走一步所转过的角度与理论步距角之间总有一定的误差，从某一步到任何一步，也就是走任意步数以后，也总有一定的误差。但因每转一圈的累积误差为零，所以步距角的误差不是积累的。（
9、3）控制性能好。起动、转向及其他任何运行方式的改变，都在少数脉冲内完成。在一定的频率范围内运行时，任何运行方式都不会丢失一步的。步进电动机由于上述的特点和优点，而被广泛的应用在机械、冶金、电力、纺织、电信、电子、仪表、化工、轻工、办公自动化设备、医疗及航空航天、船舶、兵器、核工业、国防工业等领域。尤其在NC（数控）机械中广泛利用其开环控制的特点。可以说步进电动机是经济型数控机械的核心。近十几年来，步进电动机在OA 机器、FA 机器和计算机外部设备等领域作为控制用电动机和驱动用电动机也开始得到了广泛使用。1.2 设计的目的与意义掌握步进电机的工作原理及控制方法，本次设计主要任务是：利用单片机控制
10、实现步进电机的启停、正转、反转、加速、减速、速度控制等功能。第二章 步进电机2.1 步进电机的概念步进电机又称脉冲电机,是数字控制系统中的一种执行元件,其功能是将脉冲电信号变换成相应的角位移或者线位移.通俗来说,即给一个脉冲电信号,电机就转动一个角度或前进一步。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到
11、准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机按结构可分为反应式、永磁式、混合式等，按定子上绕组来分，共有二相、三相和五相等系列2.2 混合步进电机的结构与原理混合式步进电动机是一种十分流行的步进电动机，由于它既具有反应式步进电动机的高分辨率，每转步数比较多的特点；又具有永磁式步进电动机的高效率，绕组电感比较小的特点，故称为混合式步进电动机。混合式步进电动机也称为感应式同步电动机，它是一种低速运行的同步电动机，既可用作同步电动机进行速度控制，也可用作步进电动机进行位置开环控制。混合式步进电动机的驱动是靠按一定方式给步进电机的各相励磁绕组通以电
12、流，实现步进电机励磁磁场合成方向的变化来使步进电机转动的。步进电动机有多种通电方式，不同的通电方式对步进电动机的性能有着不同的影响。二 相 混 合 式 步 进 电 动 机 典 型 的 通 电 方式有三种，即单四拍 ABABA 、 双 四 拍 AB BA AB BA AB 和 八 拍 A ABBBA A AB B BA A。单四拍通电方式中每拍只有一相绕组通电，四拍构成一个循环，步进电机励磁磁场旋转360，对应步进电机转子转过一个齿距，如图2-1混合式步进电动机的典型结构。图2-1 混合式步进电动机的典型结构第一拍时，A 相绕组正向通电，产生定位转矩Ta，它使电动机的 S极转子在定子磁极1下进入
13、齿对齿的稳定平衡位置。绕组通电前转子的空间位置是任意的，转子可能正转，也可能反转，绕组通电后转子位置和转子磁场矢量Ta重合。第二拍时，B 相绕组正向通电，定位转矩Ta消失，定位转矩Tb使转子正转90，相当于1/4 个转子齿距，步进电动机的S 极转子进入与定子磁极 2 齿对齿的稳定平衡位置，转子正转一步。第三拍时，A 相绕组反向通电，定位转矩Ta使转子正转 1/4 个转子齿距，步进电动机的S 极转子进入磁极3 齿对齿的稳定平衡位置，转子正转一步。第四拍时，B 相绕组反向通电，定位转矩Tb发生作用，转子将再正转1/4 个转子齿距，进入S 极转子上磁极4 齿对齿的稳定平衡位置。第五拍时，A 相绕组正
14、方向通电，完成按ABABA四拍的一个正转循环，转子正好正转一个转子齿矩，重新进入S 极转子上磁极1 齿对齿的稳定平衡位置。如果按照 A B A B A这样的反转循环通电，转子将反转，也是四步前进一个转子齿距。对步进电动机加一系列连续不断的控制脉冲时，它可以连续不断的转动。每一个脉冲信号对应于绕组的通电状态改变一次，也就对应于转子转过一定的角度，即一个步距角。混合式步进电动机的步距角可由下式计算：式中，N 为拍数（通电状态数），Zr 为转子齿数, 通常为 50。如果上述通电方式为两相单4 拍运行，切换一次通电方式，转子正好转过1/4个齿距，即步距角b=360o/4Zr=1.8，其中拍数为4。由于
15、混合式步进电动机既有反应式步进电动机小步距角、快速启停的特点，又有永磁式步进电动机消耗功率小、断电时有定位转距等特点，所以混合式步进电动机在三种步进电动机中性能最为优良。2.3 步进电机的选取根据设计的要求和需要我们选用了20BYG250-33型二相混合步进电机,图2-2是20BYG250-33型步进电机的外形图，表2-1是20BYG250-33型步进电机的参数，要使用步进电机转动，只要轮流给各引出端通电即可。图2-2 20BYG250-33型步进电机的外形型号步距角相数电压电流电阻静转距定位转距转动惯量20BYG250-331.84120.66.50.020.0032表2-1是20BYG250-33型步进电机的参数第三章 设计电路3.1 设计方案步进电机和普通电动机不同之处是步进电机接受脉冲信号的控制。即步进电机是将电脉冲信号转换为机械角位移的执行元
