基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制器設(shè)計(jì)畢業(yè)論文-預(yù)覽頁
【正文】 具有突出的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。近年來由于微型計(jì)算機(jī)方面的快速發(fā)展，使步進(jìn)電機(jī)的控制發(fā)生了革命性變革。由于脈沖控制信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力一般都很弱，因此必須有功率放大驅(qū)動(dòng)電路。系統(tǒng)組成如圖 所示。閉環(huán)控制是不斷直接或間接地檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置和速度，然后通過反饋和適當(dāng)?shù)奶幚?，自?dòng)給出脈沖鏈，使步進(jìn)電機(jī)每一步響應(yīng)控制信號(hào)的命令，從而只要控制策略正確電機(jī)不可能輕易失步 [4]。系統(tǒng)中采用單片機(jī)接口線直接去控制步進(jìn)電機(jī)各相驅(qū)動(dòng)線路。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù) 單電壓驅(qū)動(dòng)是通過改變電路的時(shí)間常數(shù)以提高電機(jī)的高頻特性。這種驅(qū)動(dòng)方式目前主要用于小功率或啟動(dòng)、運(yùn)行頻率要求不高的場(chǎng)合。 4 第 2章 步進(jìn)電機(jī)概述 步進(jìn)電機(jī)的分類 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類很多，從廣義上講，步進(jìn)電機(jī)的類型分為機(jī)械式、電磁式和組合式三大類型。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，步距角可以做得很小，但動(dòng)態(tài)性能較差。 混合式與傳統(tǒng)的反應(yīng)式相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點(diǎn)，而定子激磁只需提供變化的磁場(chǎng)而不必提供磁材料工作點(diǎn)的耗能，因此該電機(jī)效率高，電流小，發(fā)熱低。每來一個(gè)脈沖電壓，轉(zhuǎn)子就旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角，稱為一步。 通過電磁感應(yīng)定律 我們很容易知道 激勵(lì)一個(gè)線圈繞組將產(chǎn)生一個(gè)電磁場(chǎng)，分為北極和南極，見圖 所示。在第 1 步中，兩相定子的 A 相通電，因異性相吸，其磁場(chǎng)將轉(zhuǎn)子固定在圖示位置。重復(fù)該順序促使轉(zhuǎn)子按 90176。但是，一次只能轉(zhuǎn)換一相的極性，見圖 所示。在第 4 步中，兩相定子的 b 相和A 相同時(shí)通電，因異性相吸，再加上力的相互作用關(guān)系，其磁場(chǎng)將轉(zhuǎn)子固定在圖示 step4 位置。 7 圖 兩相電機(jī)的 雙 相通電步進(jìn)順序 步進(jìn)電機(jī)的半步工作方式 電機(jī)也可在轉(zhuǎn)換相位之間插入一個(gè)關(guān)閉狀態(tài)而走“半步”。見圖 。 兩相步進(jìn)電機(jī)的工作模式有兩相四拍和兩相八拍等兩種，其中我們?cè)趫D 和圖 中展示的都叫做兩相四拍工作模式，而下面的 圖展示的就是兩相八拍工作模式 [8] [9]。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)的性能，除與電動(dòng)機(jī)木身的性能有關(guān)外，也在很大程度上取決于驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)劣。每來一個(gè) CP 脈沖，環(huán)形分配器的輸環(huán)形分配器 信號(hào)放大與處理 推動(dòng)級(jí) 驅(qū)動(dòng)級(jí) 保護(hù) 圖 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成 10 出轉(zhuǎn)換一次。 信號(hào)處理是實(shí)現(xiàn)某些轉(zhuǎn)換、合成等功能，產(chǎn)生斬波、抑制等特殊功能的信號(hào)，從而產(chǎn)生特殊功能的驅(qū)動(dòng)。 保護(hù)級(jí)的作用是保護(hù)驅(qū)動(dòng)級(jí)的安全。繞組通電時(shí)電流上升率受到限制，因此影響電動(dòng)機(jī)繞組電流的大小。 4．電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)在各相繞組中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電勢(shì)，這些電勢(shì)的大小和方向?qū)?duì)繞組電流產(chǎn)生很大的影響。 驅(qū)動(dòng)級(jí)的功率放大器件有中 功率晶體管、大功率晶體管、大功率達(dá)林頓晶體管、可控硅、可關(guān)斷可控硅、場(chǎng)效應(yīng)功率管、雙極型晶體管與場(chǎng)效應(yīng)功率管的復(fù)合管以及各種功率模塊等。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)分析 單電壓驅(qū)動(dòng) 單電壓驅(qū)動(dòng)是指在電動(dòng)機(jī)繞組工作過程中，只用一個(gè)方向電壓對(duì)繞組供電。 圖 單電壓驅(qū)動(dòng)的原理圖 12 單電壓驅(qū)動(dòng)的致命弱點(diǎn)是繞組導(dǎo)通的回路電氣時(shí)間常數(shù) ? 較大，致使導(dǎo)通時(shí)繞組電流上升較慢、使電機(jī)在導(dǎo)通脈寬 T 接近 ? 時(shí)繞組電流迅速下降。即單電壓串電阻驅(qū)動(dòng)，其原理圖如圖 所示。電源直接接到由大功率管 HT 和二極管 LD 組成的電源轉(zhuǎn)換開關(guān)上。主回路由高壓管 HT 、電動(dòng)機(jī)繞組、低壓管 LT 串聯(lián)而成。高壓管的輸入信號(hào) HI 是由 LI 信號(hào)的前沿信號(hào)獲得的， HI 前沿與 LI 同步。在流程圖中把設(shè)計(jì)者的控制過程梳理清楚。 通過系統(tǒng)的設(shè) 計(jì)實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，完成了全部的設(shè)計(jì)任務(wù)，具體功能如下：完成了整個(gè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件編程，能通過鍵盤電路控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，能實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速控制，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速最低 25轉(zhuǎn) /分，最高轉(zhuǎn)速 180 轉(zhuǎn) /分；通過編程實(shí)現(xiàn)了通過單片機(jī)能輸出兩相四拍和兩相八拍的脈沖控制序列。 18 參考文獻(xiàn) [1]王迎旭 .《 單片機(jī)原理及及應(yīng)用 》 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社 [2]張迎新 .《 單片微型計(jì)算機(jī)原理 》 、 《 及接口技術(shù) 》 .北京：國防工業(yè)出版社 [3]周向紅 .《 51 系列單片機(jī)應(yīng)用與實(shí)踐教程 》 .北京：北京航天航空大學(xué)出版社 [4]郭天祥 .《 新概念 51 單片機(jī) C 語言教程 》 .北京：電子工業(yè)出版社 [5]張家生 .《 電機(jī)原理與拖動(dòng)基礎(chǔ) 》 [M].北京：北京郵電大學(xué)出版社， 2020. [6]馬淑華，王鳳文，張美金 .《 單片機(jī)原理與接口技術(shù) 》 [M].北京：北京郵電大學(xué)出版社， 2020. [7]顧德英，張健，馬淑華 .《 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 》 [M]. 北京：北京郵電大學(xué)出版社， 2020. [8]華成英，童詩白 . 《 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 》 [M]. 北京：高等教育出版社， 2020 [9]張靖武，周靈彬 .《 單片機(jī)系統(tǒng)的 PROTEUS 設(shè)計(jì)與仿真 》 [M]. 北京：電子工業(yè)出版社， 2020
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