【正文】 驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)方面的長(zhǎng)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。一些少數(shù)高級(jí)的應(yīng)用，就用空心轉(zhuǎn)杯電機(jī)，交流電機(jī)。僅僅處于一種盲目的仿制階段。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)。我們可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)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(guò)控制脈沖頻率來(lái)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?！　〔竭M(jìn)電機(jī)溫度過(guò)高首先會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來(lái)講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏130度以上，有的甚至高達(dá)攝氏200度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏8090度完全正常。4. 步進(jìn)電機(jī)自身的噪聲和振動(dòng)較大，帶慣性負(fù)載的能力較差。7. 速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，低速下仍能保證獲得大轉(zhuǎn)矩，因此，一般可以不用減速器而直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以其顯著的特點(diǎn)，在數(shù)字化制造時(shí)代發(fā)揮著重大的用途。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 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)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，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）。而對(duì)于三相步進(jìn)電機(jī)來(lái)說(shuō)，當(dāng)某一相得磁極處于最大磁導(dǎo)位置時(shí)，另外兩相必須處于非最大磁導(dǎo)位置，即定子和轉(zhuǎn)子不對(duì)齊位置，這種現(xiàn)象被稱為錯(cuò)齒。以反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例：如A相通電，B，C相不通電時(shí)，由于磁場(chǎng)作用，齒1與A對(duì)齊，（轉(zhuǎn)子不受任何力以下均同）。如按A，C，B，A……通電，電機(jī)就反轉(zhuǎn)。往往采用AABBBC－CCAA這種導(dǎo)電狀態(tài)，這樣將原來(lái)每步1/3π改變?yōu)?/6π。只要符合這一條件我們理論上可以制造任何相的步進(jìn)電機(jī)，出于成本等多方面考慮，市場(chǎng)上一般以二、三、四、五相為多。BC174。BC174。 步進(jìn)電機(jī)的常用術(shù)語(yǔ)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)。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。9. 運(yùn)行頻率：指拖動(dòng)一定負(fù)載使頻率連續(xù)上升時(shí)，步進(jìn)電機(jī)能不失步運(yùn)行的極限頻率。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作在低頻區(qū)時(shí)，由于勵(lì)磁脈沖間隔的時(shí)間較長(zhǎng)，步進(jìn)電機(jī)表現(xiàn)為單步運(yùn)行，當(dāng)勵(lì)磁開(kāi)始時(shí)，轉(zhuǎn)子在電磁力的作用下加速轉(zhuǎn)動(dòng)，到達(dá)平衡點(diǎn)時(shí)，電磁驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零，但轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速最大，由于慣性，轉(zhuǎn)子沖過(guò)平衡點(diǎn)，這時(shí)電磁力產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子在負(fù)轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)速逐漸為零，并開(kāi)始反向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作在共振區(qū)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的脈沖頻率接近步進(jìn)電機(jī)的振蕩頻率fo或振蕩頻率的分頻或倍頻，這會(huì)使振蕩加劇，嚴(yán)重時(shí)造成失步。減少步距角可以減少振蕩幅值，以達(dá)到削弱振蕩的目的。例如，步進(jìn)電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，如果脈沖的頻率較高，由于電動(dòng)機(jī)來(lái)不及獲得足夠的能量，使其無(wú)法令轉(zhuǎn)子跟上旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度，所以引起失步。這主要發(fā)生在制動(dòng)和突然換向時(shí)，轉(zhuǎn)子獲得過(guò)多的能量，產(chǎn)生嚴(yán)重的過(guò)沖，引起失步。1. 多相勵(lì)磁法：采用多相勵(lì)磁會(huì)產(chǎn)生電磁阻尼，會(huì)削弱或消除振蕩現(xiàn)象。同時(shí)，也相對(duì)地提高步進(jìn)頻率，使步進(jìn)過(guò)程平穩(wěn)進(jìn)行。動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩隨連續(xù)運(yùn)行頻率的上升而下降下。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(guò)載；太小時(shí)，動(dòng)態(tài)性能改善不明顯。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 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。 TTL 0 ～ 5V CMOS 0 ～ 10V 接通和斷開(kāi)時(shí)間可用延時(shí)的辦法控制。AB174。CA 反轉(zhuǎn): A174。B174。8713是屬于單極性控制，用于控制三相和四相步進(jìn)電機(jī)，我們選擇的是三相六拍工作方式。 步進(jìn)電機(jī)與微型機(jī)的接口電路由于步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流較大，所以微型機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的連接都需要專門的接口及驅(qū)動(dòng)電路。）以防強(qiáng)功率的干擾信號(hào)反串進(jìn)主控系統(tǒng)。4. 。定時(shí)器法利用定時(shí)器進(jìn)行工作，為了產(chǎn)生步進(jìn)脈沖，要根據(jù)給定的脈沖頻率和單片機(jī)的機(jī)器周期來(lái)計(jì)算定時(shí)常數(shù)，這個(gè)定時(shí)器決定了定時(shí)時(shí)間，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到而使定時(shí)器產(chǎn)生溢出時(shí)發(fā)生中斷，這樣就可以得到一個(gè)給定頻率的方波輸出，改變定時(shí)常數(shù)，就可以改變方波的頻率，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。 對(duì)步進(jìn)電機(jī)位置控制的一般作法是：步進(jìn)電機(jī)每走一步，步數(shù)減1，如果沒(méi)有失步存在，當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)到達(dá)目標(biāo)位置時(shí)，步數(shù)正好減到0，因此，用步數(shù)等于0來(lái)判斷是否移動(dòng)到目標(biāo)位，作為步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)行的信號(hào)。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)從A點(diǎn)到B點(diǎn)移動(dòng)的時(shí)，要經(jīng)歷升速，恒速，減速過(guò)程，如果啟動(dòng)時(shí)一次將速度升到給定速度，由于啟動(dòng)頻率超過(guò)極限啟動(dòng)頻率，步進(jìn)電機(jī)就有失步現(xiàn)象，因此會(huì)造成不能正常啟動(dòng)，如果到終點(diǎn)時(shí)突然停下來(lái)，由于慣性作用 ，步進(jìn)電機(jī)會(huì)發(fā)生過(guò)沖現(xiàn)象，會(huì)造成位置精度降低。最簡(jiǎn)單的是勻加速和勻減速曲線，如下圖所示： 加減速曲線圖其加減速曲線都是直線，因此容易編程實(shí)現(xiàn)。采用指數(shù)加、減速曲線或S形（分段指數(shù)曲線）加、減速曲線是最好的選擇。由于距離較長(zhǎng)，要盡量縮短用時(shí)，保證快速反應(yīng)性。如果采用非線性加、減速曲線，要用離散法將加減速曲線離散化，將離散所得的轉(zhuǎn)速序列所對(duì)應(yīng)的定時(shí)常數(shù)序列，做成表格存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)器重。3. 減速過(guò)程的總步數(shù)：電動(dòng)機(jī)在減速過(guò)程中每走一步，減速總步數(shù)就減1，直到減為0，減速過(guò)程結(jié)束，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加載荷的結(jié)構(gòu)。 90BF003步進(jìn)電機(jī)技術(shù)參數(shù)表型號(hào)主要技術(shù)參數(shù)相數(shù)步距角(Deg.)電壓(V)相電流(A)空載啟動(dòng)頻率(Hz)空載運(yùn)行頻率(Hz)分配方式90BF0033176。設(shè)起點(diǎn)A的坐標(biāo)為（0,0）通過(guò)兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)分別控制XY軸使得軌跡達(dá)到B點(diǎn)（34,34）。由步進(jìn)電機(jī)工作原理可知，定子繞組通電狀態(tài)的變化次數(shù) 決定了步進(jìn)電機(jī)的角位移 , ( 即步距角)。而定子繞組通電狀態(tài)的變化頻率 決定了步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速ω。由步進(jìn)電機(jī)的工作原理可知，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)定子繞組通電順序的改變，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工作臺(tái)的進(jìn)給方向的控制。初始R3=35H,RR2都有初始值。 MOV R0,00H。MOV P0 A。FZ1:MOV A,R0。ABC:DB 01H 03H 02H 06H 04HRETJS:MOV R0,35。JS1:DJNC R2 JS2。MUL AB。JNB R3 37H。INC R0。MOV A,R1。JS5:MOV A,3AH。設(shè)計(jì)總結(jié)本設(shè)計(jì)通過(guò)單片機(jī)AT89C51和脈沖分配PMM8713來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，加減速，以實(shí)現(xiàn)基于XY軸坐標(biāo)的步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制。步進(jìn)電機(jī)控制（包括控制脈沖的產(chǎn)生和分配）使用軟件方法，即用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，這樣既簡(jiǎn)化了電路，也減低了成