【正文】 目 錄I 基于 PROTEUS 的步進(jìn)電機閉環(huán)控制仿真畢業(yè)論文目 錄1 緒論 ..............................................................1 步進(jìn)電機國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ........................................1 研究主要內(nèi)容及其意義 ..........................................2 步進(jìn)電機的單片機控制優(yōu)點 ......................................32 步進(jìn)電動機的介紹 ..................................................5 步進(jìn)電動機的基本原理 ..........................................5 步進(jìn)電動機分類 ................................................5 步進(jìn)電機的一些基本參數(shù) ........................................5 電機的拍數(shù) ................................................5 電機固有步進(jìn)角 ............................................6 步進(jìn)電機的相數(shù) ............................................6 步進(jìn)電機結(jié)構(gòu) ..................................................6 步進(jìn)電機的旋轉(zhuǎn) ............................................7 步進(jìn)電動機的控制原理 ..........................................7 換相順序的控制 ............................................8 步進(jìn)電動機的轉(zhuǎn)向控制 ......................................8 步進(jìn)電動機的速度控制 ......................................8 步進(jìn)電動機的位置控制 ......................................8 步進(jìn)電動機的特點 ..............................................93 主要芯片介紹 .....................................................11 89S5L單片機簡介 ..............................................11 單片機的引腳功能 .........................................11 單片機的主要特性 .........................................11 L298 簡介 .....................................................12 L298 的原理 ...............................................12 L298 概述 .................................................12西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)生（論文）II 光電開關(guān) .....................................................144 硬件設(shè)計 .........................................................15 總體設(shè)計方框圖 ...............................................15 系統(tǒng)仿真圖 ...................................................15 步進(jìn)電動機的控制方式選擇 .....................................16 步進(jìn)電動機的驅(qū)動方式選擇 .....................................17 鍵盤電路設(shè)計 .................................................17 鍵盤原理圖 ...............................................17 鍵盤功能 .................................................18 顯示電路 .....................................................18 測速電路 .....................................................195 軟件設(shè)計 .........................................................21 PID 控制算法 ..................................................21 位置式 PID 的控制算法 .....................................21 增量式 PID 的控制算法 .....................................22 主程序 .......................................................236 實驗結(jié)果及分析 ...................................................25 測量轉(zhuǎn)速與實際轉(zhuǎn)速比較 .......................................25 結(jié)論 .........................................................25總結(jié) ...............................................................27致謝 ...............................................................29參考文獻(xiàn) ...........................................................31附錄 A 電路原理圖（PROTEL） ........................................33附錄 B 電路仿真圖（PROTEUS） .......................................34附錄 C 程序 ........................................................35Error! No text of specified style in document.11 緒論 步進(jìn)電機國內(nèi)外研究現(xiàn)狀步進(jìn)電動機是一種新型增量式電機，是數(shù)字控制系統(tǒng)的一種執(zhí)行元件。它是利用電脈沖信號進(jìn)行控制，將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的電動機。它的位移與輸入脈沖信號相對應(yīng)，步矩誤差不長期積累，不需用電刷，電機本體部件少，易于啟停、正反轉(zhuǎn)及變速。用步進(jìn)電機作為驅(qū)動裝置構(gòu)成的控制系統(tǒng)，具有成本低，控制簡單，容易維護(hù)等優(yōu)點。步進(jìn)電動機問世后，廣泛地應(yīng)用在等各個領(lǐng)域。做為機床控制、電子瞄準(zhǔn)、工業(yè)自動化、辦公自動化和機器人運動控制中應(yīng)用的重要執(zhí)行部件，顯示出廣闊的發(fā)展前景。步進(jìn)電動機有多種不同的結(jié)構(gòu)。經(jīng)過近七十多年的發(fā)展，逐漸形成以混合式和反應(yīng)式為主的產(chǎn)品格局?；旌鲜讲竭M(jìn)電動機是在同步電動機或者說是在永磁感應(yīng)子式同步電動機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。既有反應(yīng)式步進(jìn)電動機基于氣隙磁導(dǎo)變化的特征，又有軸向恒定磁場的永磁式步進(jìn)電動機的特征。其綜合了該兩類步進(jìn)電動機的特點，因而性能更好。具有分辨率高，控制功率小等優(yōu)點，是應(yīng)用最為廣泛的步進(jìn)電動機種類，至今沒發(fā)現(xiàn)更合適取代它的產(chǎn)品。缺點是帶慣性負(fù)載能力差，低頻振蕩現(xiàn)象嚴(yán)重，高頻運行時輸出轉(zhuǎn)矩下降。國外步進(jìn)電動機研究較早，對步進(jìn)電機驅(qū)動技術(shù)的研究一直很活躍，如今正在研究開發(fā)以步進(jìn)電動機為執(zhí)行機構(gòu)的高性能伺服系統(tǒng)。目前，這類電動機最大的生產(chǎn)國還是日本。日本有很多公司生產(chǎn)，像 JAPAN SERVO，SANYO DENKI 等。它們的產(chǎn)品無論是外觀質(zhì)量，內(nèi)部性能指標(biāo)，還是生產(chǎn)手段，都處于世界先進(jìn)水平。而在我國，步進(jìn)電動機的研制最早始于 1958 年。經(jīng)過五十年的發(fā)展，目前發(fā)展趨于平緩，與國外相比，反應(yīng)式步進(jìn)電動機還占大量比例，只是隨著近年來大批進(jìn)口設(shè)備大量涌入我國，而這些設(shè)備大多數(shù)采用了混合式步進(jìn)電動機，混合式步進(jìn)電動機才為人們所熟悉。在國外，特別是工業(yè)比較發(fā)達(dá)的國家，步進(jìn)電動機及其驅(qū)動技術(shù)早已規(guī)?；a(chǎn)，我國與之相比還有相當(dāng)大的差距。雖然我國在該類電機的研制和生產(chǎn)上已形成一定規(guī)模，但生產(chǎn)規(guī)模較小，未形成商品化和系列化，僅處于按用戶要求研制定制階段，與國外產(chǎn)品相比尚無競爭能力。從步進(jìn)電動機驅(qū)動技術(shù)發(fā)展歷史來看，步進(jìn)電動機的相數(shù)不同，有 2 相、3 相、4 相、5 相、9 相等。齒數(shù)也不同，使得產(chǎn)品規(guī)格品種繁多，生產(chǎn)格局復(fù)雜化，對用戶選擇不利。然而由于步進(jìn)電動機和其它電機有著很大的差別，具有其它電機所沒有的特性。因此，它仍然能根據(jù)市場的需求，沿著小型化、高效、低價的方向發(fā)展。步進(jìn)電動機的使用性能與它的驅(qū)動電路有密切的關(guān)系，隨著電力電子技術(shù)西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)生（論文）2及微電子技術(shù)及其器件的發(fā)展，驅(qū)動器的面貌不斷改變。最初使用的末級功放元件是可控硅?？煽毓桦m然觸發(fā)簡單，但關(guān)斷困難，總的來說線路較復(fù)雜、易形成誤觸發(fā)、可靠性也差；且不便于調(diào)試和維護(hù)、抗干擾能力不好。但隨著大功率晶體管的發(fā)展目前一般不再采用末級功放元件來驅(qū)動控制步進(jìn)電動機。目前，功率開關(guān)管多采用功率場控晶體管(MOSFET)和全控型器件(IGBT)。功率集成電路(PIC )將功率器件、前級驅(qū)動電路、控制電路及保護(hù)電路等都集成在一起，具有較強的功能和較大的輸出功率。用這種器件做成步進(jìn)電動機驅(qū)動器，具有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定及運行可靠等優(yōu)點。目前已應(yīng)用于中、小功率步進(jìn)電動機的驅(qū)動。驅(qū)動器控制電路發(fā)展的一個重要方面是集成電路專用芯片的采用。如 F/V 變換器 (LM2917)， V/W 變換器(SG3525，TL494)，微步控制與功率器件集成在一起的芯片(A3955SB)等，更使步進(jìn)電機驅(qū)動器的研制上了一個新臺階，使其性能指標(biāo)有了顯著的提高。使步進(jìn)電動機的控制系統(tǒng)達(dá)到了一個新的水平。其它一些控制技術(shù)，如矢量控制，模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等也獲得了飛速發(fā)展和應(yīng)用。步進(jìn)電動機今后的發(fā)展，依賴于新材料的應(yīng)用，設(shè)計手段的完善，以及與驅(qū)動技術(shù)的最佳配合。首先，精確的分析和設(shè)計，模型的建立和完善，是一項重要的基礎(chǔ)研究，至今還有很多工作要做，它可以為各類問題的深入分析提供基礎(chǔ)，為優(yōu)化設(shè)計指出方向。其次，電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展，高性能永磁材料的應(yīng)用及優(yōu)化設(shè)計技術(shù)起到明顯的作用自不待說，驅(qū)動技術(shù)改進(jìn)的作用也不容忽視，特別是微步驅(qū)動技術(shù)的應(yīng)用和成熟，使步進(jìn)電動機的分辨率和特性與相數(shù)的關(guān)系不大，對步進(jìn)電動機的設(shè)計，今后的發(fā)展會產(chǎn)生很大的影響，也提出了一系列新的研究課題和方向。 研究主要內(nèi)容及其意義 隨著步進(jìn)電動機系統(tǒng)在各種數(shù)字控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，各種數(shù)字控制系統(tǒng)隨步進(jìn)電動機性能和使用條件的要求也越來越高。這就要求不斷研制出高性能高可靠性高集成化低價位的驅(qū)動器和低成本的單片機控制滿足需求。眾所周知，國內(nèi)對這方面的研究一直很活躍，但是可供選用的高性能的步進(jìn)電動機驅(qū)動器卻很少，而且國內(nèi)的驅(qū)動器方面基本都存在著體積大、外形尺寸不規(guī)則、性能指標(biāo)不穩(wěn)定及遠(yuǎn)沒有達(dá)到系列化等問題，這就給驅(qū)動器的選用和安裝帶來了極大的不便，另外，隨著國內(nèi)單片機技術(shù)的發(fā)展，更精度的步進(jìn)電動機控制技術(shù)也得到很大的發(fā)展。國外雖然有通用的各種類型的步進(jìn)電動機驅(qū)動器，但大都存在價格昂貴，與我國的系統(tǒng)連接不匹配等問題。步進(jìn)電動機不能直接接到交直流電源上工作，而必須使用專用的步進(jìn)電動機驅(qū)動器；在驅(qū)動電源的設(shè)計方面目前采用更多的是由單片機提供脈沖驅(qū)動信號。步進(jìn)電動機系統(tǒng)的性能，Error! No text of specified style in document.3除與電動機自身的性能有關(guān)外，也在很大程度上取決于驅(qū)動器的性能。步進(jìn)電動機在運行時，一般有以下問題:各相繞組都是開關(guān)工作，多數(shù)電動機繞組都是連續(xù)的交流或直流，而步進(jìn)動機各相繞組都是脈沖式供電所以繞組電流不是連續(xù)的。電動機各相繞組都是繞在鐵心上的線圈，所以都有較大的電感。繞組通電時，電流不能迅速上升至額定值，電流上升率受到限制，繞組斷電時，應(yīng)該電流截止的相不能立即截止。繞組導(dǎo)通和截止都會產(chǎn)生較大的反電勢，而截止時反電勢將對驅(qū)動級器件的安全產(chǎn)生有害的影響。電動機運轉(zhuǎn)時在各相繞組中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電勢，這些電勢的大小