基于51系列單片機控制步進電機調(diào)速閉環(huán)系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計word格式-wenkub
2022-12-05 03:43:06 本頁面
【正文】 小系統(tǒng) ,其 口分別連接到 LCD1602 的 D0D7引腳 ,與 ,， 相連的按鍵開關(guān)分別控制步進電機的正反轉(zhuǎn) ,加速 ,減速 , 分別接 LCD1602 的 RS,RW,E 引腳 。 ③、 VP:接 CP 和 CW信號的負極，即邏輯電路電源的負極。 ④、 A ,:接電機 A相線圈的二根引線。 二、 驅(qū)動器 由于單片機的 I/O 不具有直接驅(qū)動步進電機的能力， 故在本系統(tǒng)中 需要 步進電機 驅(qū)動器，我們選擇驅(qū)動器為 KD221，該驅(qū)動器具有 輸入電壓范圍廣 ，控制信號輸入方式多樣等特點。因而不同的場合采取不同的的驅(qū)動方式，到目前為止，驅(qū)動方式一般有以下幾種：恒壓、恒壓串電阻、高低壓驅(qū)動、恒流、細分數(shù)等。 本設(shè)計采用 步距角為 度 。 6） 運行矩頻特性： 電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運行矩頻特性，這是電機諸多動態(tài)曲線中最重要的，也是電機選擇的根本依據(jù)。稱之為失步。 步進電機的 動態(tài) 指標 1） 步距角精度： 步進電機每轉(zhuǎn)過一個步距角的實際值與理論值的誤差。常用 m表示。一個四相電機可以作四相運行，也可以作二相運行。 步進電機的特點 本實 驗所用的步進電機為 感應(yīng)子式 步進電機（型號為 42BYG016） 。 并且由傳感器 EEEX672 采集轉(zhuǎn)速 數(shù)據(jù) 進而進行關(guān)于速度的閉環(huán)控制 ， 經(jīng)過實際應(yīng)用 電路 證明，該 仿真 控制系統(tǒng)的 隨動性能好， 抗干擾能力強，穩(wěn)定性 好?；?51 系列單片機 控制 步進電機 調(diào)速閉環(huán)系統(tǒng) 設(shè)計 1 摘要 ： 步進電動機是一種將脈沖信號變換成相應(yīng)的角位移 (或線位移 )的電磁裝置，是一種特殊的電動機。 關(guān)鍵詞 ： 單片機、 步進電機、 光電開關(guān)、 PID 算法 、閉環(huán)控制 基于 51 系列單片機 控制 步進電機 調(diào)速閉環(huán)系統(tǒng) 設(shè)計 2 一 、步進電機 步進電機的工作原理 步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的 執(zhí)行機構(gòu) 。 感應(yīng)子式步進電機與傳統(tǒng)的反應(yīng)式步進電機相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點，而定子激磁只需提供變化的磁場而不必提供磁材料工作點的耗能，因此該電機效率高，電流小，發(fā)熱低。（ 必須采用雙極電壓驅(qū)動），而反應(yīng)式電機則不能如此。 拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用 n 表示，或指電機轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機為例，有四相四拍運行方式即ABBCCDDAAB，四相八拍運行方式即 AABBBCCCDDDAA. 步距角：對應(yīng)一個脈沖信號，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用 θ 表示。用百分比表示：誤差步距角 *100%。 3） 失調(diào)角： 轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機運轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細分驅(qū)動是不能解決的。 步進電機 的驅(qū)動控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng) 的組成 方框圖如下： 1） 脈沖信號的產(chǎn)生 脈沖信號由 單片機 AT89S52 的 I/O 口 產(chǎn)生 ，一般的脈沖信號的占空比為 左右 ，電機轉(zhuǎn)速越高，占空比則越大。 3） 功率放大 功率放大 是驅(qū)動系統(tǒng)最為重要的部分。 步進電機一經(jīng)定型，其性能取決于電機的驅(qū)動電源。其具體接法如下： 、電源接線： ①、 E高：當(dāng)驅(qū)動電壓大于 10V 時，正極接此座，使用時最大不能 大于 40V，以防損壞模塊。 ⑤、 B, :接電機 B相線圈的二根引線。 ④、本驅(qū)動器內(nèi)部設(shè)計接收信號為 RTTL 電平 ，即 5V 電平，如其它邏輯電平信號需要接限流電阻，否則可能損壞光耦元件。 基于 51 系列單片機 控制 步進電機 調(diào)速閉環(huán)系統(tǒng) 設(shè)計 6 下 圖 中 為電機驅(qū)動部分 。 五 、 軟件 設(shè)計 控制算法比較： PID控制原理 PID調(diào)節(jié)器由比例調(diào)節(jié)器 (P)，積分調(diào)節(jié)器 (I)和微分調(diào)節(jié)器 (D) 構(gòu)成，它通過對偏差值的比例積分和微分運算后，用計算所得的控制量來控制被控對象．圖 1 所示為 PID 控制系統(tǒng)框圖 。pk小 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)的速度慢，但pk過小又起不到調(diào)節(jié)作用。 當(dāng) iT 過小時，甚至?xí)斐上?統(tǒng)的持續(xù)振蕩，使調(diào)節(jié)器的輸出波動不定，給生產(chǎn)過程帶來嚴重的危害。 另外，當(dāng)系統(tǒng)受到?jīng)_激式偏差沖擊 時，由于偏差的變化率很大，而 PI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)速度又很慢，這樣勢必會造成系統(tǒng)的振蕩，給生產(chǎn)過程帶來很大的危害．改善的方法是在比例積分調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上再加人微分調(diào)節(jié)，構(gòu)成比例積分微分調(diào)節(jié)器 (PID)。 圖 2為單片機閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖 J。 圖 5 單片機閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖 位置式 PID的控制算法 如前所述 PID調(diào)節(jié)的微分方程為： 001()t epditdy k e e d t T yTd? ? ? ?? 將此微分方程寫成對應(yīng)的差分方程形式． 1 001[ ( ) ]n nnn p n k dkieey k e e T T yTT ???? ? ? ?? （ 4） 式中： ne 第 n次采樣周期內(nèi)所獲得的偏差信號 ； 1ne? 第 n1次采樣周期內(nèi)所獲得的偏差信號 ； T采樣周期 ； ny 調(diào)節(jié)器第 rt次控制變量的輸出 ； 為了編寫計算機程序的方便，現(xiàn)將算式 (4)寫成下列形式 100 ()nn p n a k b n nky k e k e k e e y??? ? ? ? ?? （ 5） 式中： *pa ikTk T?， *pdb kTk T? 因為采樣周期 T，積分常數(shù) iT 和微分常數(shù) dT 選定后皆為 常數(shù)，因此 ak 及 bk 必為常 。 綜合以上分析，我們采用增量式 PID算法 ， 本 系統(tǒng)的軟件控制算法主要采用了 增量式 PID
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