【正文】 造成因轉(zhuǎn)矩不足而產(chǎn)生失步現(xiàn)象。所以對(duì)步進(jìn)電機(jī)的加減速要有嚴(yán)格的要求，那就是保證在不失步和過(guò)沖的前提下，用最快的速度（或最短時(shí)間）移動(dòng)到制定的位置。所以在速度控制中，速度并不是一次升到位。絕對(duì)位置是有極限的，其極限是執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行的范圍，超越了這個(gè)極限就應(yīng)報(bào)警。 3. 控制步進(jìn)電機(jī)的速度 如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一個(gè)步距角，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一個(gè)歩距角。在步進(jìn)電機(jī)的 DSP 控制中，控制信號(hào)是由 DSP 產(chǎn)生的。它的轉(zhuǎn)子由鋼鐵做成，它 的上面沒(méi)有繞組，而由許多的齒槽組成。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩小。 步 進(jìn) 時(shí) 鐘A 相 波 形B 相 波 形C 相 波 形 圖 24 六拍工作方式的相電壓、電流波形 4. 四相步進(jìn)電機(jī) 該步進(jìn)電機(jī)為一四相步 進(jìn)電機(jī)，采用單極性直流電源供電。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 步 進(jìn) 時(shí) 鐘A 相 波 形B 相 波 形C 相 波 形 圖 23 雙三拍工作方式的相電壓、電流波形 3．六拍工作方式 六拍工作方式是三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的另一種通電方式。雙三拍實(shí)其中之一。其中“單”指的是每次對(duì)一個(gè)相通電；“三拍”指的是磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一周需要換相三次，這是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距角。 相似地，在 B 相斷電的同時(shí)，合開關(guān) KC 給 C 相通電建立磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)動(dòng)了 1/3 個(gè)齒距角，與 C 相形成對(duì)齒，并且 A 相與轉(zhuǎn)子錯(cuò) 1/3 個(gè)齒距角， B 相與轉(zhuǎn)子錯(cuò) 2/3 個(gè)齒距角。當(dāng)某一處處于對(duì)齒狀態(tài)時(shí)，該相磁 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 極上定子的所有小齒都與轉(zhuǎn)子上的小齒對(duì)齊 [5]。 θ =2π /Z （ 2— 1） 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力來(lái)自于電 磁力。 步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu) 一個(gè)三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)分成轉(zhuǎn)子和定子。 10. 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]。伴隨著不同的數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進(jìn)電機(jī)本身技術(shù)的提高，步進(jìn)電機(jī)將會(huì)在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。 3． 步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降 。 、五相的為 176。 （ 表示半步工作時(shí)為 176。 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為 度，但噪聲和振動(dòng)都很大。它將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度。 4．控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 DSP 芯片內(nèi)部設(shè)計(jì)保證元器件的穩(wěn)定性和可靠性，從而會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)的可靠性提高。為此，有必要設(shè)計(jì)電機(jī)控制系統(tǒng)平臺(tái)，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)或多種電機(jī)進(jìn)行控制，從而使控制系統(tǒng)更簡(jiǎn)單、可靠。電機(jī)的控制離不開驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，例如直流電機(jī)控制系統(tǒng)的可逆 PWM 系統(tǒng)，無(wú)刷直流電機(jī)的三相全控橋 系統(tǒng)等。驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要靠供給逆變器的動(dòng)力電，逆變器由滯環(huán)比較器輸出的控制信號(hào)按一定規(guī)律觸發(fā)導(dǎo)通，將動(dòng)力電加到電機(jī)繞組上控制電機(jī)拖動(dòng)負(fù)載運(yùn)行 [4]。對(duì)于一般的閉環(huán) (位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán) )電機(jī)控制系統(tǒng)，可以看成是機(jī)械運(yùn)動(dòng)正向控制，信號(hào)檢測(cè)、傳感，機(jī)電禍合關(guān)系與電氣控制這幾個(gè)部分。步進(jìn)電機(jī)的控制可不用反饋控制，一般采用開環(huán)控制，使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單并具有很高的精度。 3．同步電機(jī) 控制系統(tǒng)永磁交流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源波形分為方波和正弦波。為此，無(wú)傳感器的控制系統(tǒng)成為新的研究熱點(diǎn)。 2. 矢量變換控制技術(shù)與現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用 矢量變換控制主要研究感應(yīng)電機(jī)的動(dòng)態(tài)控制過(guò)程，不但控制電流和磁通等變量的幅值，同時(shí)也控制這些變量的相位。電機(jī)控制的基本手段是如何控制 PWM 波形使得功率控制器件輸出的電壓和電流波形能滿足電機(jī)高性能運(yùn)行的要求。從最初的抵消有級(jí)控制發(fā)展到現(xiàn)在的高性能智能型控制系統(tǒng)。Motor control system。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 I 基于 DSP 電機(jī)控制技術(shù)的研究 摘要 電機(jī)在各種電氣傳動(dòng)和位置伺服系統(tǒng)中占有及其重要的位置，電機(jī)控制的目標(biāo)主要是速度控制和位置控制。軟件采用 C 語(yǔ)言編程方式，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件電路及采用的控制策略，編寫了相應(yīng)的控 制系統(tǒng)軟件 關(guān)鍵詞 DSP；電機(jī)控制系統(tǒng)；脈寬調(diào)制 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 II Research on Motor Control Technology Based on DSP Abstract Motors play an extremely important role in multifarious electric drive and position servo systems． The aims of motor control are mainly speed and position control． With the fast development of power electronics， microelectronics and materials ， the research of motor control recently bees more and more important and the motor control system with high performance is updated ceaselessly． Motor control is on the way of digital and intergration especially when the DSP technologies which can bine the oneness of hardware with the flexibleness of software are applied to it． This thesis takes a stepper motor which have been used before in some projects for example realizes DSP solutions for the motors ． First of all， the thesis analyses the development and actuality of motor control system, indicates the men existing problem， and introduces the characteristics of DSP solution for motors． Secondly， the basic elements and the operating principle of the stepper motor model is analyzed． The structure of control system and its control strategies are also resaerched in this thesis, at the same time， the design scheme of the syetem based on DSP is expounded. Thirdly， on the basis of the present oute， the hardware and software of syetem based on TMS320C5 produced by TI Company are designedIn the hardware of system， Computer、ICETEK simulater 、 ICETEKVC5509A syetem circuit 、 power line andpowersupply circuit are realized． In the soft ware of the system， the software are written in C according to hardware circuit structure abd con trol strategies of the system． Keywords DSP。 電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展 電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展從主傳動(dòng)機(jī)電能轉(zhuǎn)換角度來(lái)講，有機(jī)械控制系統(tǒng)（如齒輪箱變速）、機(jī)械和電氣聯(lián)合控制系統(tǒng)（如感應(yīng)電機(jī)電磁離合器調(diào)速）發(fā)展到全電氣控制系統(tǒng)（基于電力電子電源變換器的電機(jī)控制系統(tǒng)）；從控制電路來(lái)講，有模擬電路、數(shù)字和模擬混合電路發(fā)展全數(shù)字電路控制系統(tǒng)；從控制策略角度來(lái)講。提高電機(jī)控制系統(tǒng)性能地研究工作主要有以下幾個(gè)方面： 1． 新型功率控制器件和 PWM 技術(shù)的應(yīng)用 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 可控型功率器件的不斷進(jìn)步為電機(jī)控制系統(tǒng)的完善提供了硬件保證，如大功率晶體管 (GTR)、絕緣柵雙極型晶體管 (IGBT)、絕緣柵可換向晶體管 (IGCT)等的實(shí)用化，使得高頻、高壓、大功率 PWM 控制技術(shù)成為 可能。值得注意的是，國(guó)外正在加緊研制新型變頻器，如矩陣變換器，高功率因數(shù)可控補(bǔ)償變換器，中性點(diǎn)嵌位、級(jí)聯(lián)式和飛跨電容式多電平變換器，電機(jī)控制系統(tǒng)將得到新的發(fā)展。高性能的控制系統(tǒng)利用位置傳感器或速度傳感器檢測(cè)位置或速度，而這類傳感器使系統(tǒng)體積增大，可靠性降低。現(xiàn)代交流感電機(jī)控制系統(tǒng)主要有以下幾種 :矢量變換控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)、直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)、空間矢量調(diào)制控制系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)等。步進(jìn)電機(jī)是一種電磁式增量運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件，它將輸入的電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移或線位移信號(hào)，因此步進(jìn)電機(jī)又稱脈沖電動(dòng)機(jī)或數(shù)字電動(dòng)機(jī)， 主要用作數(shù)字控制裝置的執(zhí)行元件，電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度只與輸入脈沖數(shù)成正比，因此電機(jī)轉(zhuǎn)速與輸入脈沖頻率成比例。從機(jī)械運(yùn)動(dòng)的角度來(lái)看，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩或力是最基本的控制量。電機(jī)控制離不開電源，包括強(qiáng)電部分的供電電源和弱電部分的驅(qū)動(dòng)電源。系統(tǒng)接口部分配置包括時(shí)鐘信號(hào)、上電復(fù)位電路、存儲(chǔ)器擴(kuò)展接口、控制信號(hào)輸入輸出接口等。同樣在一些更加復(fù)雜的系統(tǒng)中，如果使用的電機(jī)種類更多，則對(duì)電機(jī)控制的要求也越高。 可簡(jiǎn)化電機(jī)控制器的硬件設(shè)計(jì)，重量低，體積小，能耗低。包括以 TMS320C55 系列為核心的主控電路 ICETEKVC5509電路板。 步進(jìn)電機(jī)是純粹的數(shù)字控制電動(dòng)機(jī)。 永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為 度或 15度 。/176。/176。 步進(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 。 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。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 9. 步進(jìn)電機(jī)存在振蕩和失步現(xiàn)象，必須對(duì)控制系統(tǒng)和機(jī)械負(fù)載采用響應(yīng)的措施。 3．混合步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（ Hybri ，簡(jiǎn)稱 HB） 混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)綜合了反應(yīng)式和永磁兩者的優(yōu)點(diǎn)，它的輸出轉(zhuǎn)矩大，動(dòng)態(tài)性能好，歩距角小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高 [7]。 由 于小齒的齒距相同，所以不管是定子還是轉(zhuǎn)子，他們的齒距角都可以由式 （ 2— 1）來(lái)計(jì)算，式中 Z 為轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。 因?yàn)槎ㄗ拥凝X距角與轉(zhuǎn)子 相同，所不同的是，轉(zhuǎn)子的齒是圓周分布的，而定子的齒只分布在磁極上，屬于不完全齒。其結(jié)果是：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)了 1/3 個(gè)齒距角； B 相與轉(zhuǎn)子形成對(duì)齒； C 相與轉(zhuǎn)子錯(cuò) 1/3 個(gè)齒距角； A 相與轉(zhuǎn)子錯(cuò) 2/3 個(gè)齒距角。 θ N=θ Z/N=2π /NZ （ 2— 2） xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 步進(jìn)電機(jī)的工作方式 1. 單三拍工作方式 三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)如果按 ABCA 方式循環(huán)通電工作，就成這種工作方式為單三拍工作方式。 脈 沖C 相B 相A 相 圖 22 單三拍工作方式的相電壓、電流波形 2．雙三拍工作方式 三 相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的各相除了采用單三拍方式通電工作外，還來(lái)可以有其他通電方式 。所以，雙三拍通電的時(shí)間長(zhǎng)，消耗的電功率大，當(dāng)然，獲得的電磁轉(zhuǎn)矩就大。可以看出，在使用六拍工作方式時(shí)，有三排是單相通電，有三拍是雙相通電的；對(duì)任一相來(lái)說(shuō)，它的電壓波形是一方波，周期為六拍，其中有三拍連續(xù)通電，有三拍連續(xù)斷電 [9]。 脈 沖D 相C 相B 相A 相 （ a）單四拍 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 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。它與一般的一步電機(jī)不同，它的定子又分為定子鐵芯和繞組，其中其對(duì)應(yīng)的定子鐵芯上的繞組為一相構(gòu)成一對(duì)極，它 共有四對(duì)極。當(dāng)要求其停止時(shí)，只給某相通電流并保持即可，它的工作脈沖如圖 25所示： A A BC DBACB CD ADADA DA C DC DD A 圖 25 四相步進(jìn)電機(jī)脈沖 步進(jìn)電機(jī)的 DSP 控制 電機(jī)的 DSP 控制方法 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路時(shí)是