基于单片机步进电机调速控制系统设计论文003 - 图文

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1.3步进电机伺服控制目前存在的主要问题

目前,我国的伺服控制系统已经实现产品化的发展规模,但也存在如下问题: 1.传统的伺服控制器产品,多采用PLC、DSP等进行控制,系统 发成本高及控制复杂,制约着中小型企业的应用需求。而选用单片机作为控制器,极大的降低了系统成本,且可靠性高,控制灵活。

2.在步进电机驱动控制方面,以往的步进电机伺服控制产品,仅针对某一具体型号步进电机进行驱动,驱动方法相对死板,单一,而选用L297与L298N芯片配合驱动步进电动机,可实现两相或四相步进电机的驱动工作。此种驱动方法相对灵活许多,且驱动器成本低廉。

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第二章 总体方案设计及步进电机的选择

步进电动机伺服控制器的技术路线包括以下六部分,技术路线图如图2.1所示:

1.分析其课题要求,确定所选取的硬件器件,并设计符合要求的硬件电路; 2.在Proteus软件环境下,绘制步进电机伺服控制器的硬件电路原理图; 3.通过Keil软件平台,实现C语言程序的调试与编译工作;

4.借助于Proteus及Keil软件进行联合仿真,并调试及验证程序的正确性; 5.通过Protel软件生成系统PCB图,制作硬件电路板实物,加载软件程序。 6.进行硬件的择接与调试工作,完成硬件实物的制作。

图2.1 研究路线图

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2. 1两相混合式步进电动机的工作过程

2.1.1步进电动机的主要技术指标

步进电动机的主要技术指标包括步距角、精度、转矩、响应频率、运行频率等。 1.步距角

步距角即为步进电动机通入电信号后,电动机转子所转过的角度值。国产步进 电动机步距角为0.36、0.72、0.9、1.8度等。 2.精度

用最大步距误差或最大累积误差来说明精度的准确程度最大步距误差即当电 动机转动一圈完成后,每相邻两步之间产生的最大步距角度与理想步距的差值。最 大累积误差即是电动机从某一不确定的位置运转,经过无数步工作之间,角位移量 误差的最大数值。 3.转矩

作为步进电动机的主要技术指标,转矩分为定位转矩、静转矩等。定位转矩即 是在绕组未通入电信号时,电磁转矩的最大数值。一般状态下,反应式步进电动机 定位转矩为0,混合式步进电动机具有一定的定位转矩值。 4.响应频率

在步进电动机正常的运行状态下,全速运行而未产生失步现象,则此过程的最 大频率值为响应频率。响应频率也可以用启动频率来进行表示。 5.运行频率

在步进电动机的工作状态下,首先是从启动频率 始运转,随着电动机转动的频率越来越高,电动机在某一频率上有可能会产生失步现象,而电动机未产生失步前的那个极限频率值即为运行频率。

2.1.2两相混合式步进电机的结构

两相混合式步进电动机剖面图如图2.2所示。步进电动机由定子及转子组成。两相混合式步进电动机有A和B两相控制绕组,在电动机上,转子分为两段,即N

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极转子和S极转子,在磁场的作用下,通过轴向上的永久磁铁,转子与定子进行相互作用,实现电动机的JH常运转。该电动机具有动态性能好,输出力矩值较大,稳定性高的优点,其缺点是结构相对复杂。两相混合式步进电动机的步距角为1.8度。

图2.2 两相混合式步进电机的剖面图

2.1.3两相混合式步进电机的工作原理

两相混合式步进电动机的工作原理:当给步进电动机通入电信号时,控制绕组就会产生相应的磁动势,通过与永久磁铁产生的磁动势相互影响下,促使电磁转矩的产生,从而步进电动机的转子会进行相应的步进动作。

两相混合式步进电动机有A和B两相控制绕组,用A与B表示两相绕组通入正向电流,用A'和B'表示两相绕组通入反向电流。而两相混合式步进电动机常见的工作方式包括两相单四拍(A — B — A' 一 B' 一 A),两相双四拍(AB — BA' 一 A' B' 一 B' A一 AB)和两相八拍工作方式等。当定子各相控制绕组按照A — B — A' 一 B' 一 A顺序通电,每改变一次通电状态,转子沿方向转过四分之一齿距,即360/(50X4)=1.8度。当定子绕组按四拍和八拍通电时,转子分别转过1.8度和0.9度。

2.1.4两相混合式步进电机的样机简介

本研究选用42BYGH101型号的两相永磁感应子式步进电动机作为系统的主要

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