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1、恒流斩波步进电动机控制器的设计作者：梁珊【摘要】：步进电动机的工作过程一般由(驱动)控制器控制。(驱动)控制器按照设计者的要求完成一定的控制过程，使驱动器按照要求的规律驱动步进电动机（按照要求的规律）运行。自从微处理器问世以来，给步进电动机控制器设计开辟了新的途径。各种单片计算机的迅速发展和普及，为设计功能很强而且价格低的步进电动机控制器提供了先进的技术和充足的货源。用单片计算机可以用很低的成本实现很复杂的控制方案，而且由于单片机编程的灵活性，使修改控制方案成为轻而易举的事情，只要重新编程即可。混合步进电动机广泛应用于数控机床、机器人、航天等领域，特别是微型计算机和微电子技术的发展，使步进电动
2、机获得更为广泛的应用。但其步距角大、分辨率低、易发热等缺点。为了解决上述问题，本(驱动控制器)电路采用混合步进电机驱动芯片 L297/L298，通过 8051 单片机 （产生）并配合步进电机相序产生时时序电压，控制 L297/L298 芯片的参考电压输入端，从而实现恒流斩波细分驱动，提高步进电机的准确度，并较好的解决了大扭矩驱动时的发热问题。恒流斩波驱动器集成化程度高、驱动能力强与单片机容易接口、软件编程灵活。整个控制系统体积小，重量轻，驱动特性平稳等特点。【关键词】：步进电动机 恒流斩波 控制器 驱动器 L297/298Flow and cut the design that the wav
3、e step motor controller permanentlyAbstract： The working course of walking into the motor is generally controlled by the controller. Controller finish certain control course at the request of designer, make driver law as requested is it step motor run to urge. Since the microprocessor comes out, Hav
4、e given and step motor controller and designed and opened up the new way . Rapid development and popularization of various kinds of single-chip computers, In order to design the function very strong and price low step motor controller and offering the advanced technology and sufficient source of goo
5、ds . Can realize very complicated control scheme with very low cost with the single-chip computer, And the flexibility because of one-chip computer programming, Make it become the easy thing to revise the scheme of controlling, Only need programme again.Mix and step motor to apply to the numerical c
6、ontrol lathe extensively, Robot, Such fields as the spaceflight ,etc., Especially the development of the microcomputer and microelectric technique , Enable step motor and get more extensive application. But its step is great to the angle, Low , apt shortcoming of generating heat etc. of the resoluti
7、on ratio. In order to solve above-mentioned problems, this circuit adopts and mixes and walks into the electrical machinery to drive chip L297/L298, is it walk into electrical machinery looks preface voltage of time sequence when producing to cooperate through 8051 one-chip computer, control referen
8、ce voltage input end , L297/L298 of chip , realize permanent to is it cut wave is it urge to subdivide to flow, improve the accuracy of walking into the electrical machinery , the problem of generating heat when and the big torsion of better settlement is driven.Flow and cut the integrated degree of
9、 the wave driver permanently high , driving force is strong and the easy interface of the one-chip computer , software are flexible in programming. The whole control system is small , light, drive the characteristic such as being steady of characteristic.绪论目前，随着电子技术、控制技术以及电动机本体的发展和变化，传统电机分类间的界面越来越模糊
10、。这是机电一体化元件的必然趋势。就传统的步进电动机来说，步进电动机可以简单地定义为，根据输入的脉冲信号，每改变一次励磁状态就前进一定角度（或长度） ，若不改变励磁状态则保持一定位置而静止的电动机。从广义上讲，步进电动机是一种受脉冲信号控制的无刷式直流电动机，也可看作是在一定频率范围内转速与控制脉冲频率同步的同步电动机。步进电动机必须与相应的电子驱动电源配套使用，而且其工作性能在很大程度上取决于所使用的驱动电路的类型和具体参数。这些性能包括起动频率、最高转速、动态转矩、阻尼能力、效率等。尽管步进电动机各相绕组之间、定转子之间存在强耦合，电磁关系存在较严重的非线性，但从驱动电路角度来看，对一台步进
11、电动机的控制，就是按一定顺序向多相线圈通电，对各相电流的控制以产生必要的转矩的问题。因此，就步进电动机控制而言，各相通电顺序的产生和电流波形的控制是主要问题，其次是一些保护问题。在步进电动机本体方面随着永磁材料的发展，各种实用性步进电动机应运而生，而半导体技术的发展则推进了步进电动机在众多领域的应用。在近几十年中，步进电动机迅速地发展并成熟起来。从发展趋向来讲，步进电动机已经能与直流电动机、异步电动机、以及同步电动机并列，从而成为电动机的一种基本类型。好的步进电机性能有赖于驱动电路的控制方式，因此研制性能优良的步进电机驱动器及智能化控制系统，目前在世界范围内是个棘手的问题，尤其是控制电路的智能
12、化和微型化，使改进驱动电路部分的庞大繁杂显得更加迫切。本文就是是研究横流斩波步进电动机的控制器。本文在内容取材上密切配合步进电动机及其驱动控制系统将就一些步进电动机驱动控制器原理设计，工程设计中的相关技术和方法，进行论述并给出实用性的具体实例。而且详细说明步进电动机的测试技术等。介绍给读者。尽管作者已尽最大努力，但由于受学识水平所限，时间仓促，论文中的疏漏和不妥之处在所难免，望老师和同学给予批评指正。设计者：梁珊2005 年 5 月一、步进电动机概述（一） 、步进电动机的定义和分类步进电动机是一种将电脉冲信号转换成直线位移或角位移的驱动器，即顺序切换电动机的励磁相电流，电动机运行脉冲数增加，电
13、动机的直线位移或角位移增加；脉冲频率大电动机速度快；改变励磁脉冲的相序，电动机反转；励磁电流不切换，电动机停止且具有大的保持力矩。可见，这类电动机的运行形式是步进的，故称为步进电动机，亦称为脉冲电动机。根据电动机转子的构造和工作原理进行分类，步进电动机可分为：永磁式（PM）型步进电动机，磁阻式（VR）步进电动机和混合（HB）步进电动机按励磁的相数分类可分为二相、三相、四相、五相、六相步进电动机。（二） 、步进电动机性能指标（1） 步距角 指输入一个电脉冲信号，步进电动机转子的相应角位移，以度数来表示，又称为脉冲当量。（2） 精度 步进电动机精度通常是指静态步距角误差和静态步距角积累误差。（3）
14、 静转距 指步进电动机转子静止时，控制绕组通入直流电，由于失调角存在而引起的转距。其最大值称为最大静转距。（4） 保持转距 指步进电动机的励磁电流不切换，电动机停止运行时的最大电磁转距。（5） 起动转距 指步进电动机在一定控制电源和负载转距惯量的条件下从静止状态突然起动而不失步的最大输出转距。（6） 最高起动频率 指步进电动机空载起动和停止均无失步的最高频率。（7） 运行频率 指步进电动机在额定负载条件下能无失步运行的最高频率。（三） 、步进电动机系统的构成步进电动机不同于通用的交、直流电动机，它必须与驱动器、控制器（或脉冲控制器） 、直流电源组成系统方能运行。系统方框图 1 所示（图中的信号
15、流向画反了）在实际系统中，步进电动机和驱动器是两个不可分割的组成部分，故应用中所说的步进电动机均指步进电动机和驱动器的成套装置。控制器可由配套整机系统中计算机或单片机提供，直流电源亦可由配套整机系统中其它电源提供。（四）、步进电动机系统的功能 步进电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移或直线位移的控制微电机。其位移量严格正比于输入脉冲数，平均转速严格正比于输入脉冲的频率，故可进行无级调速。同时，在其工作频段内，可以从一种运动状态稳定地转换到另一种运动状态。若改变通电顺序，就可方便地控制电动机正转或反转。所以改变电脉冲输入则能控制它并使其快速起动、反转、制动或改变转速，步进电动机还有自锁能力，当控
16、制电脉冲停止输入，而让最后一个脉冲控制的绕组继续通直流电时，则电动机可以保持在最后一个脉冲控制的角位移的终点位置上，能够实现停车时转于定位。（五）、 步进电动机系统的应用 随着新材料、新技术的发展及电子技术和计算机的应用，步进电动机及驱动器的研制和发展进入了新阶段。过去，人们认为伺服系统一定优于步进系统的观念也发生着很大的变化，现代的步进系统已完全不是过去的步进系统。定位驱动装置已经过“步进-直流伺服-交流伺服”，再度回到步进系统。步进系统的回归源自于其无需反馈就形成了开环控制系统，使系统结构大大简化、使用维护更加方便、工作可靠，在一般使用场合具有足够高的精度等特点。步进电动机还有下列优点：步距值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值。也就是说，转于运动的速度主要取决于脉冲信号的频率，而转于运动的总位移量则取决于总的脉冲信号数。误差不积累。步进电动机每走一步所转过的角度(实际步距值)与理论步距值之间总有一定的误差，从某一步到任
