【正文】 ....................................................................................3第 2 章 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) ..................................................4 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的方案選擇 ................................................................................4 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的開發(fā)軟件選擇 .......................................................................6第 3 章 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) ....................................................9 概述 ...........................................................................................................................9 硬件的選擇 ...............................................................................................................9 硬件連線 .................................................................................................................23第 4 章 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) ..................................................24 軟件編程環(huán)境的建立 .............................................................................................24 “連續(xù)運(yùn)行”VI 的編程 ........................................................................................25 “指定角度運(yùn)行”VI 的編程 ................................................................................26 主程序的編程 .........................................................................................................27 前面板的設(shè)計(jì) .........................................................................................................32第 5 章 實(shí)驗(yàn) ..............................................................................................34 接線 .........................................................................................................................34 軟件調(diào)試 .................................................................................................................36 調(diào)試過程的總結(jié) .....................................................................................................37結(jié)論 ..............................................................................................................38青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書IV參考文獻(xiàn) ......................................................................................................39致謝 ..............................................................................................................41附件 1 ...........................................................................................................42附件 2 ...........................................................................................................51青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書1第 1 章 緒論 課題研究的意義及現(xiàn)狀近年來硬盤制造業(yè)高速發(fā)展，大容量、小體積、高讀取速度的硬盤，是硬盤市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。步進(jìn)電機(jī)在控制精度、速度變化范圍、低速性能方面比傳統(tǒng)的閉環(huán)控制直流伺服電動(dòng)機(jī)有較好的性能。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，有一個(gè)完成任何編程任務(wù)的通用的龐大函數(shù)庫。和其它的電機(jī)相比具有比較明顯的優(yōu)勢(shì)。本方案有以下優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)纹瑱C(jī)軟件編程可以使復(fù)雜的控制過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和精確控制，避免了失步、振蕩等對(duì)控制精度的影響；用軟件代替環(huán)形分配器，通過對(duì)單片機(jī)的，用同一種電路實(shí)現(xiàn)了多相步進(jìn)電機(jī)的控制和驅(qū)動(dòng)，大大提高了接口電路的靈活性和通用性困；單片機(jī)的強(qiáng)大功能使顯示電路、鍵盤電路、復(fù)位電路等外圍電路有機(jī)的組合，大大提高系統(tǒng)的交互性。而且編程也比較難，非專業(yè)技術(shù)人員不易掌握。而虛擬儀器與之不同，它可以通過在幾個(gè)分面板上的操作來實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的功能?？梢暬幊陶Z言環(huán)境VisualC++ ，VisualBasic 的推出，為簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)編程邁出了可喜的一步。本設(shè)計(jì)采用板卡直接產(chǎn)生步進(jìn)脈沖的方法。它的工作原理是利用電子電路，用環(huán)形分配器將直流電變成分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動(dòng)器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的、多相時(shí)序控制器。青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書11電機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機(jī)的步距角為 176。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。圖 32 力矩與頻率關(guān)系曲線電機(jī)一旦選定，電機(jī)的靜力矩確定，而動(dòng)態(tài)力矩卻不然，電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩取決于電機(jī)運(yùn)行時(shí)的平均電流（而非靜態(tài)電流），平均電流越大，電機(jī)輸出力矩越大，即電機(jī)的頻率特性越硬，如圖 33 所示。青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書14最后，我們?cè)僖淮吻袛嗬@組 2 中的電流，并給繞組 1 輸送如圖 34 所示的電流，這樣，轉(zhuǎn)子又會(huì)回到原來的位置。 通常情況下，步距角的大小只有兩種，整步和半步，可達(dá)到的細(xì)分?jǐn)?shù)很有限。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇電機(jī)型號(hào)為 42BYGH250C，其參數(shù)如下：步 距 角———————176。另外，使用此驅(qū)動(dòng)器需要使用變壓器，這里選擇北京新創(chuàng)四方電子有限公司的青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書20T40D變壓器。常用實(shí)例包括：自定義離散和模擬控制、傳感器仿真、快速原型、硬件在環(huán)(HIL)測(cè)試、數(shù)字協(xié)議仿真，以及其它要求精確定時(shí)和控制的應(yīng)用程序。FPGA 內(nèi)部集成鎖項(xiàng)環(huán)，可以把外部時(shí)鐘倍頻，核心頻率可以到幾百 M，而單片機(jī)運(yùn)行速度低的多。設(shè)計(jì)過程：⑴ 點(diǎn)“開始”，按提示，根據(jù)板卡的型號(hào)，創(chuàng)建一個(gè) FPGA項(xiàng)目。5V,不符合脈沖信號(hào)的形式，因此，需給此方波信號(hào)加一個(gè) 5V的偏移量，這樣，就能保證低電平是 0。故也應(yīng)將這部分運(yùn)算放在主程序中，使其不再受 FPGA 的整型的限制。不同階段中，要保證脈沖計(jì)數(shù)器的連續(xù)計(jì)數(shù)，這就需要用到“順序局部變量”和“局部變量”的靈活使用。青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書36圖 52 R系列接線盒調(diào)試過程所用硬件整體連接實(shí)物圖見圖 53。包括易于操控的前面板設(shè)計(jì)、連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和指定角度運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)程序以及步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)和停止過程的加減速程序。 接線按照?qǐng)D 311所示的硬件連線方式進(jìn)行連線。此外，本狀態(tài)下還需要指定一個(gè)角度，當(dāng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)了這一角度后就停止，這一功能可通過對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)的方式來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)脈沖周期數(shù)達(dá)到指定個(gè)數(shù)時(shí)，程序停止。使用這種方法，需要設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)數(shù)器，用來統(tǒng)計(jì)脈沖個(gè)數(shù)。將脈沖信號(hào)經(jīng)過 FPGA 板卡的模擬輸出通道 0 來輸出這一信號(hào)至驅(qū)動(dòng)器。在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，通過 LabVIEW 指定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。與傳統(tǒng)邏輯電路和門陣列（如 PAL， GAL 及 CPLD器件）相比，F(xiàn)PGA 具有不同的結(jié)構(gòu)，F(xiàn)PGA 利用小型查找表（161RAM ）來實(shí)現(xiàn)組合邏輯，每個(gè)查找表連接到一個(gè) D 觸發(fā)器的輸入端，觸發(fā)器再來驅(qū)動(dòng)其他邏輯電路或驅(qū)動(dòng) I/O，由此構(gòu)成了即可實(shí)現(xiàn)組合邏輯功能又可實(shí)現(xiàn)時(shí)序邏輯功能的基本邏輯單元模塊，這些模塊間利用金屬連線互相連接或連接到 I/O 模塊。NI PXI7833R 多功能 RIO 模塊提供的可編程 FPGA 芯片，適合板載處理和靈活的I/O 操作。此種換向方式，我們稱之為單脈沖方式。如果系統(tǒng)以要求的運(yùn)行速度直接啟動(dòng)，因?yàn)樵撍俣纫殉^極限啟動(dòng)頻率而不能正常啟動(dòng)，輕則可能發(fā)生丟步，重則根本不能啟動(dòng)，產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)。單四拍與雙四拍的步距角相等，但由于矢量疊加原理，單四拍的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩比雙四拍的青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書15轉(zhuǎn)動(dòng)力矩要小。圖 34 雙相雙極電機(jī)這時(shí)我們切斷繞組 1 中的電流，給線圈 2 上電，方向如圖 34B 所示，同樣通過前面的分析方法根據(jù)安培定律和右手準(zhǔn)則，線圈會(huì)產(chǎn)生一個(gè)北極向左，南極向右的磁場(chǎng)，這樣在磁場(chǎng)的作用下，電機(jī)轉(zhuǎn)子就會(huì)旋轉(zhuǎn) 90 度至如圖 34B 所示的位置。 最大空載起動(dòng)頻率是指電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動(dòng)的最大頻率。、整步工作時(shí)為 176。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為 度而五相步進(jìn)角一般為 度。因此，在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置僅取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響。7. 具有較完整的代碼接口，可調(diào)用Windows動(dòng)態(tài)鏈接庫(DLL)中的函數(shù)，以彌補(bǔ)白身的不足。當(dāng)給定計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力和必需的儀器硬件后，構(gòu)造和使用虛擬儀器的關(guān)鍵就是應(yīng)用不同的軟件實(shí)現(xiàn)不同的功能。 LabVIEW實(shí)際上是一個(gè)基于圖形開發(fā)、調(diào)試和運(yùn)行程序的集成化環(huán)境，是第一個(gè)借助于虛擬軟面板用戶界面和方框圖建立虛擬儀器的圖形程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)，也是目前國(guó)際上唯一的編譯型圖形化編程語言。但由于PLC的掃描周期一般為幾毫秒到幾十毫秒，相應(yīng)的頻率只能達(dá)到幾百赫茲，因此，受到PLC工作方式的限制及其掃描周期的影響，步進(jìn)電機(jī)不能在高頻下實(shí)現(xiàn)精確工作，無法實(shí)現(xiàn)高速控制。用軟件代替環(huán)形分配器，達(dá)到了對(duì)步進(jìn)電機(jī)的最佳控制。然后設(shè)計(jì)親合性強(qiáng)的前面板，實(shí)現(xiàn)對(duì)程序的靈活控制。 LabVIEW（ Laboratory Virtual instrument Engineering Workbench） 是 一 種 圖 形 化 的 編 程 語 言 的 開 發(fā) 環(huán) 境 ， 它 廣 泛 地 被 工 業(yè) 界 、學(xué) 術(shù) 界 和 研 究 實(shí) 驗(yàn) 室 所 接 受 ， 視 為 一 個(gè) 標(biāo) 準(zhǔn) 的 數(shù) 據(jù) 采 集 和 儀 器 控 制 軟 件 。步進(jìn)電機(jī)經(jīng)環(huán)形分配器、功率放大器使勵(lì)磁繞組按照順序輪流接通直流電源。關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī)控制；LabVIEW；FPGA ；脈沖發(fā)生青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書IIAbstractAs executive ponents,stepping motor is one of the key products of mechatronics,widely used in all kinds of automatic control system. Stepping motor’s prominent advantage is that it can realize speed change, fast start and stop, positive and negative control and so on in wide frequency range, by changing the pulse frequency, and the open loop system made up by which is very simple, cheap, and reliableWith the development of microelectronics and puter technology,the