高精度步进电机控制系统毕业设计

目录

0 前言......................................................................................................................................... 1 1 绪论......................................................................................................................................... 2 1.1 步进电机概述 .................................................................................................................. 2 1.2 步进电机的特征.............................................................................................................. 2 1.3 步进电机驱动系统概述................................................................................................ 3 1.4 国内外研究概况及发展趋势 ...................................................................................... 4

2 混合式步进电机及其工作原理 ..................................................................................... 6 2.1 混合式步进电机的结构特点 ...................................................................................... 6 2.2 混合式步进电机的基本工作原理 ............................................................................. 6 2.3 混合式步进电机的控制特点 ...................................................................................... 9 2.3.1 转矩矢量分析 ............................................................................................................... 9 2.3.2 绕组通电方式 ............................................................................................................ 10 2.3.3 步距角的控制 ............................................................................................................ 10 2.4 步进电机的运行特性 ..................................................................................................11 2.4.1 静态运行状态 .............................................................................................................11 2.4.2 步进运行状态 ............................................................................................................ 12 2.4.3 连续运转状态 ............................................................................................................ 14

3 步进电机驱动系统.......................................................................................................... 15

3.1 步进电机驱动系统简介............................................................................................. 15 3.2 步进电机驱动器的特点............................................................................................. 15 3.3 步进电机相绕组的电气特性 ................................................................................... 16 3.4 混合式步进电机的驱动电路分类和性能比较................................................... 18 3.4.1 双极性驱动器与单极性驱动器 ........................................................................... 18 3.4.2 单电压驱动方式 ....................................................................................................... 20 3.4.3 高低压驱动方式 ....................................................................................................... 20 3.4.4 斩波恒流驱动 ............................................................................................................ 22 3.4.5 调频调压驱动 ............................................................................................................ 23 3.5 混合式步进电机的细分驱动 ................................................................................... 23 3.5.1 细分驱动原理 ............................................................................................................ 23 3.5.2 细分驱动的特点 ....................................................................................................... 24 3.5.3 恒转矩等步距角细分 .............................................................................................. 24 3.6 正弦脉宽调制技术原理及其控制方式................................................................. 27 3.6.1 脉宽调制技术(PWM)的基本原理 ......................................................................... 27 3.6.2 三相SPWM电路构成和工作原理 ......................................................................... 29 3.6.3 SPWM的调制方式 ...................................................................................................... 31 3.6.4 电流追踪型PWM控制 .............................................................................................. 32

4 系统架构与硬件电路的实现 ....................................................................................... 36 4.1 整体硬件结构 ............................................................................................................... 36 4.2 系统硬件电路设计 ...................................................................................................... 36

4.2.1 单片机控制电路 ....................................................................................................... 36 4.2.2 电平转换与第三相正弦波合成电路 .................................................................. 39 4.2.3 电流反馈和比例积分电路..................................................................................... 41 4.2.4 脉宽调制电路 ............................................................................................................ 42 4.2.5 IR2130电路 ............................................................................................................... 44 4.2.6 开关电源电路 ............................................................................................................ 47 4.2.7 步进电机显示和键处理电路 ................................................................................ 48 4.3 硬件电路板的制作 ...................................................................................................... 49

5 系统软件设计 ................................................................................................................... 52 5.1 系统软件总体结构 ...................................................................................................... 52 5.2 系统开发软硬件环境 ................................................................................................. 52 5.3 步进电机控制主程序设计 ........................................................................................ 53 5.4 步进电机细分驱动程序设计 ................................................................................... 54 5.5 步进电机显示和键处理程序设计 .......................................................................... 55 5.6 其他程序模块设计 ...................................................................................................... 56 5.6.1 位置程序模块设计................................................................................................... 56 5.6.2 加减速模块................................................................................................................. 57

6 结论...................................................................................................................................... 58 致谢............................................................................................................................................. 59 参考文献 ................................................................................................................................... 60 附录A ........................................................................................................................................ 61

附录B ........................................................................................................................................ 67