【正文】 安全運(yùn)行區(qū)域內(nèi)。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為鎖定狀態(tài)時(shí)，忽略 T 管的壓降，則繞組的電流為 U/R。 12 表 四 相步進(jìn)電機(jī)八拍工作方式存儲(chǔ)狀態(tài)表 地址 內(nèi)容 D C B A 勵(lì)磁狀態(tài) 00H 01H 0001 A 01H 03H 0011 AB 02H 02H 0010 B 03H 06H 0110 BC 04H 04H 0100 C 05H 0CH 1100 CD 06H 08H 1000 D 07H 09H 1001 DA 08H 01H 0001 A 續(xù)流電路 步進(jìn)電機(jī)的控制性能，與各相繞組導(dǎo)通和截止時(shí)電流的增加和衰減速度有關(guān)，對(duì)于加速度大、或者運(yùn)行速度高的步進(jìn)電機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)換速度 增加時(shí)，由于繞組電感的作用，電流經(jīng)常不能立即升到額定值，同樣在繞組斷電時(shí)，電流也不能立即衰減到零。四相步進(jìn)電機(jī)按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。 74LS191 第五腳為加減法輸入控制端，該輸入端作為方向輸入的控制信號(hào)，當(dāng)?shù)碗娖綍r(shí)做加法計(jì)數(shù)，為正轉(zhuǎn)狀態(tài)。對(duì)于不同的步進(jìn)電機(jī)及不同的勵(lì)磁方式，只需改變存儲(chǔ)的狀態(tài)表，硬件不需要做任何的變化。因此即使有非法的地址輸入，輸出端輸出的都是截止的信號(hào)，可以保護(hù)驅(qū)動(dòng)器不受損壞。 一種線路可以實(shí)現(xiàn)多種勵(lì)磁狀態(tài)方式的分配，只要在不同的地址區(qū)域存儲(chǔ)不同的狀態(tài)表，除軟件工作之外，硬件無需改動(dòng)。如果計(jì)數(shù)器做加計(jì)數(shù)，則存儲(chǔ)器按地址遞增的方向依次讀取狀態(tài)表的內(nèi)容，相反，計(jì)數(shù)器做減計(jì)數(shù)，則存儲(chǔ)器按地址遞減方向依次取出狀態(tài)表的內(nèi)容，從而控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。其基本思想是：首先確定步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，再以二進(jìn)制碼的形式存入 EPROM 存儲(chǔ)器中，只要按照地址的正向或反向順序依次取出地址的內(nèi)容，那么存儲(chǔ)器輸出的 就是各相繞組的勵(lì)磁狀態(tài)，用 EPROM搭建的環(huán)形脈沖分配器的原理框圖如圖 所示，它由兩部分組成。 步進(jìn)電機(jī)按類型、相數(shù)來劃分種類繁多，不同種類、不同相數(shù)、不同分配方式都必 須有不同的環(huán)形脈沖分配器，因此所需要的環(huán)形脈沖分配器的類型是很多的。 在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，控制器與 驅(qū)動(dòng)器之間連接方式可分為串行控制和并行控制。 環(huán)形脈沖分配器 要使步進(jìn)電機(jī)正常工作，必須按照該種步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁狀態(tài)轉(zhuǎn)換表所規(guī)定的狀態(tài)和次序依次對(duì)各相繞組進(jìn)行通電和斷電控制。通電相數(shù)不同也會(huì)帶來不同的工作性能。恰好為三相單拍或雙三拍通電方式的一半。 6 (a) AB 相通電 (b) BC 相通電 圖 三相雙三拍運(yùn)行方式 三相六拍通電方式 這是一種將一相通電和兩相 通電結(jié)合起來的運(yùn)行方式，其具體通電方式為： AABBBCCCAA 或 A–ACCBBBAA，即一相通電和兩相通電間隔輪流進(jìn)行，六種不同的通電狀態(tài)組成一個(gè)循環(huán)，這時(shí)步進(jìn)電機(jī)的工作情況如圖 所示，圖 (a)為 A 相通電時(shí)的情況，轉(zhuǎn)子齒 3 磁軸與 A 相磁極軸線重合，當(dāng)通電狀態(tài)由 A 轉(zhuǎn)為 AB 時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的狀態(tài)如圖 (b) 所示，轉(zhuǎn)子齒 3磁極離開 A 相磁極軸線，即轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)過 15176。這種通電方式每拍同時(shí)有兩相繞組通電，三拍為一循環(huán)，如圖 所示，轉(zhuǎn)子為四極的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。穩(wěn)定在轉(zhuǎn)子齒 4 對(duì)準(zhǔn) B 相磁極軸線的位置，當(dāng) C 相通電時(shí)如圖 (c)所示，轉(zhuǎn)子又將逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng) 30176。如果改變?nèi)嗬@組的通電順序?yàn)?ACBA 顯然步進(jìn)電機(jī)將按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。這種現(xiàn)象也可以這樣來理解， A 相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子對(duì)定子的相對(duì)位置不同，則磁路的磁阻也不同，使 A 相磁路的磁阻為最少的轉(zhuǎn)子位置，就是該時(shí)的穩(wěn)定平衡位置，即轉(zhuǎn)子穩(wěn)定在轉(zhuǎn)子軸線和 A 相磁極軸線相重合的位置。 3 第二章 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)的原理 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的工作原理是與反應(yīng)式同步電機(jī)一樣，也是利用轉(zhuǎn)子橫軸磁阻與直軸磁阻之差所引起的反應(yīng)轉(zhuǎn)矩而轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖 所示 是一臺(tái)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的工作原理，定子鐵心為凸極式，共有三相，六個(gè)磁極，不帶小齒，磁極上裝有控制繞組，相對(duì)的兩個(gè)磁極串聯(lián)連接，組成一相控制繞組。 步進(jìn)電機(jī)控制 系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì) 根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的原理和控制特點(diǎn)，對(duì)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。研究步進(jìn)電機(jī)的加 2 減速控制，可 以提高步進(jìn)電機(jī)的響應(yīng)速度、平穩(wěn)性和定位精度等性能，從而決定了步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的綜合性能。為此本文以單片機(jī)作為控制核心，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的自動(dòng)加減速控制，使系統(tǒng)以最短的時(shí)間到達(dá)控制終點(diǎn)，而又不發(fā)生失步的現(xiàn)象。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性可知，啟動(dòng)頻率越高，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩越小，帶負(fù)載的能力越差。 對(duì)于一個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)而言，總希望它能以最短的時(shí)間到達(dá)控制終點(diǎn)。軟件部分采用 C 語言編程，主要包括鍵盤顯示程序、步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速程序、停止判斷程序等。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) I 摘 要 步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件，它能按照控制脈沖的要求，迅速起動(dòng)，制動(dòng)，正反轉(zhuǎn)和調(diào)速。硬件是以 AT89C51 單片機(jī)為核心的控制電路，主要包括：環(huán)形脈沖分配器、鍵盤顯示電路、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路等。 Singlechip Compute I 目 錄 摘 要 .......................................................... I Abstract ............................................................................................................ II 目 錄 ............................................................................................................. I 第一章 引言 ................................................................................................. 1 課題提出的背景和研究意義 ............................... 1 課題的主要研究內(nèi) 容 ...................................... 2 本章小結(jié) ................................................ 2 第二章 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ................................................................... 3 步進(jìn)電機(jī)的原理 .......................................... 3 三相單三拍通電方式 ................................ 3 三相雙三拍通電方式 ................................... 5 三相六拍通電方式 ..................................... 6 環(huán)形脈沖分配器 .......................................... 8 續(xù)流電路 ............................................... 12 二極管續(xù)流 .......................................... 13 二極管 — 電阻續(xù)流 .................................... 14 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 ....................................... 15 步進(jìn)電機(jī)的變速控制 ..................................... 17 變速控制的方法 ...................................... 20 步進(jìn)電機(jī)在自動(dòng)生產(chǎn)線中的應(yīng)用 .......................... 20 本章小結(jié) ............................................... 22 第三章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) .........................................................................23 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 ....................................... 23 控制系統(tǒng)組成 ........................................... 24 主要元件的選擇 ......................................... 24 單片機(jī)的選擇 ........................................ 24 EPROM 的選擇 ......................................... 25 可逆計(jì)數(shù)器的選擇 .................................... 27 控制系統(tǒng)接口電路的設(shè)計(jì) ................................ 28 環(huán)形脈沖分配器設(shè)計(jì) .................................. 28 II 顯示電路設(shè)計(jì) ........................................ 29 外部復(fù)位電路設(shè)計(jì) .................................... 30 控制系 統(tǒng)整體電路設(shè)計(jì) ................................... 31 本章小結(jié) ............................................... 32 第四章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .........................................................................32 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 ....................................... 32 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)功能設(shè)計(jì) .............................. 33 主程序設(shè)計(jì) ............................................. 34 主程序工作過程 ...................................... 34 主程序工作流程圖 .................................... 35 定時(shí)器 T0 中斷程序流程圖 ............................. 35 Proteus 仿真 ........................................... 38 顯示程序設(shè)計(jì) ........................................... 40 鍵盤程序設(shè)計(jì) ........................................... 41 調(diào)速程序設(shè)計(jì) ........................................... 42 20BY 步進(jìn)電機(jī)參數(shù) ................................... 42 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速與頻率的關(guān)系 ............................ 42 本章小結(jié) ............................................... 44 第五章 結(jié)束語 ............................................................................................44 參考文獻(xiàn) ...........................................................................................................45 1 第一章 引言 課題提出的背景和研究意義 由于步進(jìn)電機(jī)不需要位置傳感器或速度傳感器就可以實(shí)現(xiàn)定位，即使在開環(huán)狀態(tài)下它的控制效果也是令人非常滿意的，這有利于裝置或設(shè)備的小型化和低成本，因此步進(jìn)電機(jī)在計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、數(shù)控機(jī)床和自動(dòng)化生 產(chǎn)線等領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)帶負(fù)載時(shí)，它的啟動(dòng)頻率要低于最高空載啟動(dòng)頻率。從高速運(yùn)行到停止 也應(yīng)該有一個(gè)減速的過程，防止步進(jìn)電機(jī)因?yàn)橄到y(tǒng)慣性的原因，而發(fā)生沖過終點(diǎn)的現(xiàn)象。步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)，失步或者過沖都會(huì)直接影響其控制精