【正文】 況下，改變一次脈沖電壓，轉(zhuǎn)子由起動(dòng)到停止的運(yùn)動(dòng)軌跡 。 6. 最大空載的運(yùn)行頻率： 電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式，電壓及額定電流下，電機(jī)不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。不同運(yùn)行拍數(shù)其值不同，四拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在 5%之內(nèi)，八拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在 15%以內(nèi)。 步進(jìn)電機(jī)的常用術(shù)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(jī)定子上有 m相勵(lì)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(dǎo)電順序決定。 如 C 相通電， A， B 相不通電，齒 3 應(yīng)與 C 對(duì)齊，此時(shí)轉(zhuǎn)子又向右移過 1/3π， 此時(shí)齒 4 與 A 偏移為 1/3π對(duì)齊。 如果給處于錯(cuò)齒狀態(tài)的相通電，則轉(zhuǎn)子在電磁力的作用下，將向磁導(dǎo)率最大（即最小磁阻位置）位置轉(zhuǎn)動(dòng)，即向趨于對(duì)齒的狀態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)。與齒5 相對(duì)齊，（ A39。 8. 步進(jìn)電機(jī)只能通過脈沖電源供電才能運(yùn)行，它不能直接使用交流電源和直流電源。 5. 由步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常簡(jiǎn)單、廉價(jià)，又非常的可靠。 3. 步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。 從原理上講，步進(jìn)電機(jī)是一種低速同步電動(dòng)機(jī)。我們可以通 過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)我們也可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及 到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識(shí)。僅僅處于一種盲目的仿制階段。 70 年代初期，步進(jìn)電機(jī)的生產(chǎn)和研究都有所突破，除反映在驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)方面的長足進(jìn)步以外，對(duì)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)本體的設(shè)計(jì)研究發(fā)展到一個(gè)較高的水平。在生產(chǎn)過程中要求自動(dòng)化、省人力、效率高的機(jī)器中，我們很容易發(fā)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的蹤跡，尤其以重視速度、位置控制、需要精確操作各項(xiàng)指令動(dòng)作的靈活控制性場(chǎng)合步進(jìn)電機(jī)用得最多。 步進(jìn)電機(jī)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(yīng)用于氬弧燈的電極輸送機(jī)構(gòu)中，這被認(rèn)為最早的步進(jìn)電機(jī)。 程序框圖 ................................................... 16 匯編程序 .................................................... 18 設(shè)計(jì)總結(jié) ........................................................... 20 致 謝 .............................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。該系統(tǒng)可應(yīng)用于步進(jìn)電機(jī) 在機(jī)電一體化 控制 等大多數(shù)場(chǎng)合。 本文應(yīng)用單片機(jī) AT89C51 和脈沖分配器 PMM8713，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，光電隔離器 4N25 等，構(gòu)建了步進(jìn)電機(jī)控制器和驅(qū)動(dòng)器為一體的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。通過 AT89C51 和脈沖分配器 PMM8713 完成步進(jìn)電機(jī)的各種運(yùn)行控制方式，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)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(shí)踐證明 ， 基于單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)比傳統(tǒng)的步進(jìn)控制器具有更好的性能，更加簡(jiǎn)單、方便、可靠。 參考文獻(xiàn) ........................................................... 21 畢業(yè)論文 1 第一章 緒論 步進(jìn)電機(jī)及其發(fā)展 步進(jìn)電機(jī)又稱為脈沖電動(dòng)機(jī)或階躍電動(dòng)機(jī)，它是基于最基本的電磁 感應(yīng)作用 ， 將電 脈沖 信號(hào)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(yīng)用在步進(jìn)電機(jī)上，對(duì)于數(shù)字化的控制變得更為容易。 圖 步進(jìn)電機(jī)的外觀圖 步進(jìn)電機(jī)在我國的發(fā)展應(yīng)用及前景 我國步進(jìn)電機(jī)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(jī)構(gòu)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(dòng)機(jī)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?jī)?nèi)容 本設(shè)計(jì)主要是研究基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制， 采 用單片機(jī) AT89C51 和脈沖分配器 PMM8713 控制步進(jìn)電機(jī) 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(shí)現(xiàn) 基于步進(jìn)電機(jī)的 XY 工作臺(tái) 兩點(diǎn)間的位移控制 。 在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角 。 畢業(yè)論文 3 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn) 1. 一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的 35%，角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比，沒有累計(jì)誤差，具有良好的跟隨性。 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。同時(shí)，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(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理 結(jié)構(gòu) 步進(jìn)電機(jī)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(gè)相對(duì)的磁極（Ｎ，S）組成一對(duì)，共有 3 對(duì)。就是 A，齒 5 就是齒 1）。 步進(jìn)電機(jī)是一種 感應(yīng)電機(jī) ，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動(dòng)器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制器 。 如 A 相通電， B， C 相不通電，齒 4與 A 對(duì)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(jī)轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距，如果不斷地按 A，B， C， A…… 通電，電機(jī)就每步（每脈沖） 1/3π,向右旋轉(zhuǎn)。 不過，出于對(duì)力矩、平穩(wěn)、噪音及減少角度等方面考慮。并且導(dǎo)電按一定的相序電機(jī)就能正反轉(zhuǎn)被控制 ——這是旋轉(zhuǎn)的物理?xiàng)l件。 θz=2π/Z (Z 是轉(zhuǎn)子的齒數(shù) ) 2. 步距角：指每給一個(gè)電脈沖信號(hào)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子所應(yīng)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(dòng)頻率： 電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直 接起動(dòng)的最大頻率。 步進(jìn)電機(jī)的振蕩和失步 步進(jìn)電機(jī)的振蕩和失步是一種普遍存在的現(xiàn)象，它影響應(yīng)用系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因此要盡力去避免。如此下去，形成轉(zhuǎn)子圍繞平衡點(diǎn)的振蕩。當(dāng)轉(zhuǎn)子回?cái)[到最大幅值時(shí)，恰好第 2 個(gè)脈沖到來，轉(zhuǎn)子受到的電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)值，使轉(zhuǎn)子繼續(xù)回?cái)[，接著第 3 個(gè)脈沖到來，轉(zhuǎn)子受正電磁轉(zhuǎn)矩的作用回到平衡點(diǎn)，這樣，轉(zhuǎn)子經(jīng)過 3 個(gè)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(dòng)頻率不是一個(gè)固定值，提高電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、減少負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、減少步距角都可以提高 步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)頻率。其中機(jī)械阻尼法比較單一，就是在電動(dòng)機(jī)軸上加阻尼器，電子阻尼法則有多種。 3. 細(xì)分步法： 細(xì)分步法是將步進(jìn)電機(jī)繞組中的穩(wěn)定電流分成若干階段，每進(jìn)一步時(shí)，電流升一級(jí)。驅(qū)動(dòng)單元與 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 直接耦合，也可理解成 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 微機(jī)控制器的功率接口，這里予以簡(jiǎn)單介紹。在電機(jī)繞組回路中串有電阻 Rs，使電機(jī)回路時(shí)間常數(shù)減小，高頻時(shí)電機(jī)能產(chǎn)生較大的電磁轉(zhuǎn)矩，還能緩解電機(jī)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(gè)電路損耗大，效率低，一般只用于小功率步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。這種功率接口需要兩個(gè)控制信號(hào)，Uh 為高壓有效控制信號(hào)， U 為脈沖調(diào)寬驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。這種電路可使電機(jī)在高頻段也有較大出力，而靜止鎖定時(shí)功耗減小。高低壓驅(qū)動(dòng)功率接口也有兩個(gè)輸入控制信號(hào) Uh 和 Ul，它們應(yīng)保持同步，且前沿在同一時(shí)刻跳變，高壓管 VTH 的導(dǎo)通時(shí)間 tl 不能太大，也不能太小，太大時(shí)，電機(jī)電流過載；太小時(shí)，動(dòng)態(tài)性能改善不明顯。 畢業(yè)論文 10 第 四 章 步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī)控制 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)組成 圖 用微型機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)原理系統(tǒng)圖 與傳統(tǒng)步進(jìn)控制器相比較有以下優(yōu)點(diǎn)： 1. 用微型機(jī)代替了步進(jìn)控制器把并行二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成串行脈沖序列，并實(shí)現(xiàn)方向控制。 畢業(yè)論文 11 TTL 0 ～ 5V CMOS 0 ～ 10V 接通和斷開時(shí)間可用延時(shí)的辦法控制。 軟件法在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，要不停地產(chǎn)生控制脈沖，占用了大量的 CPU時(shí)間，可能使單片機(jī)無法同時(shí)進(jìn)行其他工作（如監(jiān)測(cè)等），所以，人們更喜歡用硬件法。本例選用單時(shí)鐘輸入方式， 8713 的 3 腳為步進(jìn)脈沖輸入端， 4