【正文】 況下，改變一次脈沖電壓，轉(zhuǎn)子由起動到停止的運動軌跡 。 6. 最大空載的運行頻率： 電機在某種驅(qū)動形式，電壓及額定電流下，電機不帶負載的最高轉(zhuǎn)速頻率。不同運行拍數(shù)其值不同，四拍運行時應在 5%之內(nèi)，八拍運行時應在 15%以內(nèi)。 步進電機的常用術語 1. 齒距角：相鄰兩齒中心線間的夾角，通常定子和轉(zhuǎn)子具有相同的齒距角。 不難推出：電機定子上有 m相勵磁繞阻，其軸線分別與轉(zhuǎn)子齒軸線偏移 1/m,2/m……(m 1)/m,1。而方向由導電順序決定。 如 C 相通電， A， B 相不通電，齒 3 應與 C 對齊，此時轉(zhuǎn)子又向右移過 1/3π， 此時齒 4 與 A 偏移為 1/3π對齊。 如果給處于錯齒狀態(tài)的相通電，則轉(zhuǎn)子在電磁力的作用下，將向磁導率最大（即最小磁阻位置）位置轉(zhuǎn)動，即向趨于對齒的狀態(tài)轉(zhuǎn)動。與齒5 相對齊，（ A39。 8. 步進電機只能通過脈沖電源供電才能運行，它不能直接使用交流電源和直流電源。 5. 由步進電機與驅(qū)動電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常簡單、廉價，又非常的可靠。 3. 步進電機的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。 從原理上講，步進電機是一種低速同步電動機。我們可以通 過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時我們也可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。因此用好步進電機卻非易事，它涉及 到機械、電機、電子及計算機等許多專業(yè)知識。僅僅處于一種盲目的仿制階段。 70 年代初期，步進電機的生產(chǎn)和研究都有所突破，除反映在驅(qū)動器設計方面的長足進步以外，對反應式步進電機本體的設計研究發(fā)展到一個較高的水平。在生產(chǎn)過程中要求自動化、省人力、效率高的機器中，我們很容易發(fā)現(xiàn)步進電機的蹤跡，尤其以重視速度、位置控制、需要精確操作各項指令動作的靈活控制性場合步進電機用得最多。 步進電機的 原始模型起源于 1830 年至 1860 年， 1870 年前后開始以控制為目的的嘗試，應用于氬弧燈的電極輸送機構中，這被認為最早的步進電機。 程序框圖 ................................................... 16 匯編程序 .................................................... 18 設計總結(jié) ........................................................... 20 致 謝 .............................................. 錯誤 !未定義書簽。該系統(tǒng)可應用于步進電機 在機電一體化 控制 等大多數(shù)場合。 本文應用單片機 AT89C51 和脈沖分配器 PMM8713，步進電機驅(qū)動器，光電隔離器 4N25 等，構建了步進電機控制器和驅(qū)動器為一體的步進電機控制系統(tǒng)。通過 AT89C51 和脈沖分配器 PMM8713 完成步進電機的各種運行控制方式，實現(xiàn)步進電機在 3 相 6 拍的工作方式下的正反轉(zhuǎn)控制 和加減速控制。 實踐證明 ， 基于單片機控制的步進電機比傳統(tǒng)的步進控制器具有更好的性能，更加簡單、方便、可靠。 參考文獻 ........................................................... 21 畢業(yè)論文 1 第一章 緒論 步進電機及其發(fā)展 步進電機又稱為脈沖電動機或階躍電動機，它是基于最基本的電磁 感應作用 ， 將電 脈沖 信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。 1950 年后期晶體管的發(fā)明也逐漸應用在步進電機上，對于數(shù)字化的控制變得更為容易。 圖 步進電機的外觀圖 步進電機在我國的發(fā)展應用及前景 我國步進電機的研究及制造起始于本世界 50 年代后期，從 50 年代后期到60 年代后期，主要是高等院校和科研機構為研究一些裝置而使用或開發(fā)少量產(chǎn)品。 70 年代中期至 80 年代中期為成品發(fā)展階段，新品種高性能電動機不斷被開發(fā)。這就給戶在產(chǎn)品選型、使用中造成許多麻煩。 本文研究內(nèi)容 本設計主要是研究基于單片機的步進電機控制， 采 用單片機 AT89C51 和脈沖分配器 PMM8713 控制步進電機 在三相六拍工作方式下 的啟停 控制 ，正反轉(zhuǎn)控制和 加減速 控制 ， 以 實現(xiàn) 基于步進電機的 XY 工作臺 兩點間的位移控制 。 在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角 。 畢業(yè)論文 3 步進電機的特點 1. 一般步進電機的精度為步進角的 35%，角位移與輸入脈沖數(shù)嚴格成正比，沒有累計誤差，具有良好的跟隨性。 當步進電機轉(zhuǎn)動時，電機各相繞組的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。同時，它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。 步進電機的結(jié)構及工作原理 結(jié)構 步進電機分為轉(zhuǎn)子和定子兩部分 ： 1. 定子：由 硅鋼片 疊成的，定子上有 6 大磁極，每 2 個相對的磁極（Ｎ，S）組成一對，共有 3 對。就是 A，齒 5 就是齒 1）。 步進電機是一種 感應電機 ，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時供電的，多相時序控制電流，用這種電流為步進電機供電，步進電機才能正常工作，驅(qū)動器就是為步進電機分時供電的，多相時序控制器 。 如 A 相通電， B， C 相不通電，齒 4與 A 對齊，轉(zhuǎn)子又向右移過 1/3π 這樣經(jīng)過 A、 B、 C、 A 分別通電狀態(tài)，齒 4（即齒 1 前一齒）移到 A 相，電機轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)過一個齒距，如果不斷地按 A，B， C， A…… 通電，電機就每步（每脈沖） 1/3π,向右旋轉(zhuǎn)。 不過，出于對力矩、平穩(wěn)、噪音及減少角度等方面考慮。并且導電按一定的相序電機就能正反轉(zhuǎn)被控制 ——這是旋轉(zhuǎn)的物理條件。 θz=2π/Z (Z 是轉(zhuǎn)子的齒數(shù) ) 2. 步距角：指每給一個電脈沖信號電動機轉(zhuǎn)子所應轉(zhuǎn)過的角度的理論值。 4. 失調(diào)角： 指轉(zhuǎn)子偏離零位的角度。 7. 最大空載起動頻率： 電機在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負載的情況下，能夠直 接起動的最大頻率。 步進電機的振蕩和失步 步進電機的振蕩和失步是一種普遍存在的現(xiàn)象，它影響應用系統(tǒng)的正常運行，因此要盡力去避免。如此下去，形成轉(zhuǎn)子圍繞平衡點的振蕩。當轉(zhuǎn)子回擺到最大幅值時，恰好第 2 個脈沖到來，轉(zhuǎn)子受到的電磁轉(zhuǎn)矩為負值，使轉(zhuǎn)子繼續(xù)回擺，接著第 3 個脈沖到來，轉(zhuǎn)子受正電磁轉(zhuǎn)矩的作用回到平衡點，這樣，轉(zhuǎn)子經(jīng)過 3 個脈沖仍然回到原來位置，也就是丟了三步。稱之為失步。注意，啟動頻率不是一個固定值，提高電動機的轉(zhuǎn)矩、減少負載轉(zhuǎn)動慣量、減少步距角都可以提高 步進電機的啟動頻率。其中機械阻尼法比較單一，就是在電動機軸上加阻尼器，電子阻尼法則有多種。 3. 細分步法： 細分步法是將步進電機繞組中的穩(wěn)定電流分成若干階段，每進一步時，電流升一級。驅(qū)動單元與 步進電動機 直接耦合，也可理解成 步進電動機 微機控制器的功率接口，這里予以簡單介紹。在電機繞組回路中串有電阻 Rs，使電機回路時間常數(shù)減小，高頻時電機能產(chǎn)生較大的電磁轉(zhuǎn)矩，還能緩解電機的低頻共振現(xiàn)象，但它引起附加的損耗。 R1 在工作中腰消耗一定的能量，所以這個電路損耗大，效率低，一般只用于小功率步進電機的驅(qū)動。這種功率接口需要兩個控制信號，Uh 為高壓有效控制信號， U 為脈沖調(diào)寬驅(qū)動控制信號。這種電路可使電機在高頻段也有較大出力，而靜止鎖定時功耗減小。高低壓驅(qū)動功率接口也有兩個輸入控制信號 Uh 和 Ul，它們應保持同步，且前沿在同一時刻跳變，高壓管 VTH 的導通時間 tl 不能太大，也不能太小，太大時，電機電流過載；太小時，動態(tài)性能改善不明顯。 畢業(yè)論文 10 第 四 章 步進電機的單片機控制 步進電機控制系統(tǒng)組成 圖 用微型機控制步進電機原理系統(tǒng)圖 與傳統(tǒng)步進控制器相比較有以下優(yōu)點： 1. 用微型機代替了步進控制器把并行二進制碼轉(zhuǎn)換成串行脈沖序列，并實現(xiàn)方向控制。 畢業(yè)論文 11 TTL 0 ～ 5V CMOS 0 ～ 10V 接通和斷開時間可用延時的辦法控制。 軟件法在電動機運行過程中，要不停地產(chǎn)生控制脈沖，占用了大量的 CPU時間，可能使單片機無法同時進行其他工作（如監(jiān)測等），所以，人們更喜歡用硬件法。本例選用單時鐘輸入方式， 8713 的 3 腳為步進脈沖輸入端， 4