【正文】 I畢業(yè)論文高精度步進電機控制系統(tǒng)的研究摘 要步進電機是一種將電脈沖信號轉換為角位移的執(zhí)行機構，步進電機的主要優(yōu)點是有較高的定位精度，無位置累積誤差，并且特有的開環(huán)運行機制，與閉環(huán)控制系統(tǒng)相比減少系統(tǒng)成本，提高了可靠性，在數(shù)控領域得到了廣泛的應用。但是，步進電機在低速運行時的振動、噪聲大，在步進電機的自然振蕩頻率附近運行時易產(chǎn)生共振，輸出轉矩隨著步進電機的轉速升高而下降，這些缺點制約了步進電機的應用范圍。步進電機的使用離不開步進電機驅動器，步進電機的運行性能與步進電機驅動器的優(yōu)劣密切相關。傳統(tǒng)的驅動方式偏重使步進電機繞組電流以盡可能短的時間上升到額定值，從而提高電機高速運行時的轉矩，造成低速運行時的振動和噪音加大。并且為滿足用戶對不同步距角的要求。本文在調研各種驅動技術的基礎上，設計實現(xiàn)了基于電流追蹤型脈寬調制(PWM)技術的多細分兩相混合式步進電機驅動器，包括硬件設計、軟件實現(xiàn)。正弦電流細分技術基本上克服了傳統(tǒng)步進電機低速振動大和噪音大的缺點，減小發(fā)生共振的幾率。電流追蹤型脈寬調制(PWM)技術使電機運行在較大速度范圍內轉矩保持恒定。以滿足不同用戶和不同電機的要求,該驅動器的功率驅動部分使用 NMOS智能功率模塊，提高了驅動器可靠性。 驅動器細分運行時減弱了混合式步進電機的低速振動，電機運轉平穩(wěn)，大大減輕了噪聲。同時該驅動器具有較小的體積、較低的成本和較高的可靠性。關鍵詞: 混合式步進電機 細分驅動器 脈寬調制 II AbstractThe stepper motor is an electromechanical device that converts electrical pulses into discrete mechanical movements. The advantages of stepper motor are precise positioning and noncumulative movement error from one step to the next. Compared to closed loop control, open loop operation of stepper motor is more reliable and less expensive. The disadvantages in using a step motor are vibration and noise at low speeds, resonance when the motor is operated at or around the natural resonance frequency, motor torque decreasing with speed increasing. These disadvantages limit step motor39。s application. Step motor cannot work without step motor driver. Its performance is close related to stepper motor driver. Traditionally, a motor driver is to provide the rated current to the motor windings in the shortest possible time, helping to maintain high speed torque. As a result, motor39。s vibration and noise is greater at low speeds. Otherwise, many types of step motor anddriver have to be produced in order to satisfy customer39。s need for different step anglesAfter study many kinds of driver technology, a microstepping driver for twophase hybrid stepper motor has been designed. The driver adopts sine wave current subdividing and current tracking PWM technology. Sine wave current subdividing technology not only overes the disadvantages of motor39。s vibration and noise at low speeds but also reduces probability of resonance. Current tracking PWM technology can maintain constant torquewithin wide speed range. Output phase current that can meet the need of IIIdifferent customer and motor. The power stage of this driver uses NMOS intelligent power module that provides high reliability.This microstepping driver reduce vibration and noise of step has small size, low cost and high reliability. KeyWords： Hybrid stepper motor Microstepping driver PWM IV目 錄第 1 章 緒 論 .................................................... 1 步進電機概述 ................................................ 1 步進電機特怔 ................................................ 2 步進電機國內外發(fā)展趨勢 ...................................... 3 國內發(fā)展趨勢 ........................................... 3 國外發(fā)展趨勢 ........................................... 5 主要研究內容 ................................................ 5 第 2 章 步進電機的工作原理 ........................................ 7 步進電機的結構 .............................................. 7 步進電機的工作原理 .......................................... 7 步進電機的控制方法 .......................................... 9 脈寬調制技術（PWM）的基本原理 .......................... 9 SPWM 的調制方式 ........................................ 12 電流追蹤型 PWM 控制 .................................... 13 PID 控制算法的應用及設計 ................................... 14 PID 控制原理 ........................................... 14 數(shù)字 PID 的控制算法 .................................... 16 PID 各參數(shù)對系統(tǒng)的影響 ................................. 17 本章小結 ................................................... 18 第 3 章 步進電機控制系統(tǒng)的硬件設計 ............................... 19 步進電機的控制電路 ......................................... 21 AVR 單片機的優(yōu)點 ....................................... 21 AVR 單片機的特性 ....................................... 21 V AVR 的結構框圖 ......................................... 23 單片機電路設計 ........................................ 23 D/A 轉換電路 ............................................... 26 TLC7528 的特點 ......................................... 26 TLC7528 的時序圖 ....................................... 27 D/A 轉換的原理圖 ....................................... 27 步進電機的驅動電路 ......................................... 28 D 觸發(fā)器 ............................................... 28 D 觸發(fā)器電路 ........................................... 29 驅動電路原理圖 ........................................ 29 信號的放大電路 ............................................. 30 步進電機的檢測電路 ......................................... 30 TL082 的特點 ........................................... 30 TL082 引腳功能及內部結構圖 ............................. 31 檢測電路原理圖 ........................................ 32 H 橋電路 ................................................... 32 H 橋簡介 .............................................. 32 H 橋電路原理圖 ........................................ 35 本章小結 .................................................. 35 第 4 章 步進電機控制系統(tǒng)的軟件設計 ............................... 36 軟件設計的基本原則 ......................................... 36 主程序設計 ................................................. 37 D/A 轉換電路流程圖 ..................................... 38 PID 子程序流程圖 ...................................... 39 中斷服務程序 .......................................... 40 本章小結 ................................................... 40 總 結 ........................................................... 41 致 謝 ........................................................... 42 參考文獻 ......................................................... 43 VI附錄 1：高精度步進電機控制系統(tǒng)原理圖（1） ........................ 45 高精 度步進電機控制系統(tǒng)原理圖（2） ................................ 46 1 第 1