測控專業(yè)課程設(shè)計報告--步進電機角度控制(編輯修改稿)
2025-02-17 16:34 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 、系統(tǒng)軟件設(shè)計及流程圖步進電機和普通電動機不同之處是步進電機接受脈沖信號的控制。即步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為機械角位移的執(zhí)行元件。步進電機的控制可以用硬件，也可以用軟件通過單片機實現(xiàn)。硬件方法是采用脈沖分配器芯片進行通用換相控制；而軟件方法是用單片機產(chǎn)生控制脈沖來控制步進電機的運行狀態(tài)，這種方法可簡化電路，降低成本。本次課設(shè)中，我們采用89C51單片機來產(chǎn)生控制脈沖。本系統(tǒng)軟件部分主要有以下四個功能：1. 接收按鍵輸入的值；2. 接收光電編碼器的測量值；3. 對以上兩個值進行處理，從而給出步進電機的控制脈沖；4. 將步進電機轉(zhuǎn)過的角度輸出顯示到數(shù)碼管上。本報告只對上述四個功能中的第三個進行詳細說明，其他部分內(nèi)容由小組其他成員來具體描述。 步進電機控制脈沖的形成實現(xiàn)對步進電機的控制，單片機就能輸出有一定周期的控制脈沖。先輸出一個高電平，延時一段時間后，再輸出一個低電平，然后再延時。改變延時時間的長短，即可改變脈沖的周期，脈沖的周期由步進電機的工作頻率確定。 步進電機的速度控制步進電機的轉(zhuǎn)動是機械運動，如果轉(zhuǎn)速改變過大，會出現(xiàn)所謂“失步”現(xiàn)象。當(dāng)從靜止開始啟動時，啟動頻率越高，啟動轉(zhuǎn)矩就越小，帶負載能力下降，當(dāng)轉(zhuǎn)矩與負載相當(dāng)時轉(zhuǎn)速即為最高速運行頻率。所以控制步進電機的運行速度，實際上是控制系統(tǒng)發(fā)出時鐘脈沖的頻率或換相的周期，即在升速過程中，使脈沖的輸出頻率逐漸增加；在減速過程中，使脈沖的輸出頻率逐漸減少。設(shè)鍵盤輸入的目標(biāo)角度值為 ，光電編碼器測得的實際轉(zhuǎn)動角度為 。單片機通過A/D接口從外圍設(shè)備中讀取到這兩個角度值。由于本方案設(shè)定步進電機轉(zhuǎn)動方向恒定，所以在步進電機工作時要控制其轉(zhuǎn)過角度不能超過目標(biāo)角度，故添加步長步頻控制系統(tǒng)進行控制，以達到實際角度逼近目標(biāo)角度而不超過的目的。計算差比值通過差比值 判斷實際轉(zhuǎn)過角度對目標(biāo)角度的逼近情況，進而控制下一時刻步進電機的轉(zhuǎn)速。 本設(shè)計中將劃分為三段，分別為加速階段、恒速階段、減速階段，其中加速階段采取線性關(guān)系，減速階段采取拋物線關(guān)系，如下圖所示： α轉(zhuǎn)速30%70%采用該設(shè)計思路，目的在于步進電機剛啟動時讓電機加速轉(zhuǎn)動以達到快速性的設(shè)計目的；中間段采用恒速，主要是考慮帶負載是盡量保證電機的平穩(wěn)運行；最后一段采用拋物線減速，以快速減速，使電機在短時間內(nèi)降速并停止工作，不至于超過目標(biāo)角度。程序流程圖如下圖所示：開 始 計算30%是線性加速70%是否恒速二階減速否結(jié)果輸入驅(qū)動程序結(jié)束六、收獲及體會經(jīng)過兩個星期的辛苦努力，這次的課程設(shè)計終于得到了完成。從剛看到題目時的一頭霧水，到現(xiàn)在對本次課設(shè)有了全面深入的理解，我的感觸很深。首先是與之前做過的電子課程設(shè)計不同，本次課程設(shè)計的題目要求更高。之前的課設(shè)主要用到的是數(shù)電和模電課上的知識，而本次課設(shè)涵蓋的課程有自動控制原理、傳感器原理、單片機原理及應(yīng)用、C語言程序設(shè)計等等。復(fù)雜的題目要求不僅需要我們熟練掌握這些課程的知識，更需要我們學(xué)會將不同課程的內(nèi)容綜合起來，從而順利的解決題目提出的要求。本次課設(shè)很好地提醒我們，要學(xué)會融合所學(xué)專業(yè)知識。其次是本次課設(shè)要求我們?nèi)ゲ檎掖罅康馁Y料以得到想要的結(jié)果。教材上的東西畢竟是有限的，不可能把將來工作中遇到的問題一概囊括。本次課設(shè)中我們遇到的問題就是一個很好的例子。該角度測控系統(tǒng)用到了步進電機，而書上只介紹了步進電機的基本原理及主要特性，沒有覆蓋如何選擇步進電機的內(nèi)容。為了明確選用哪個步進電機能符合相關(guān)電氣參數(shù)，我們必須在網(wǎng)上查找相關(guān)資料，在大量的步進電機中篩選出滿足電路要求的電機產(chǎn)品。這對我們查閱資料的能力是一個很好的鍛煉。最后，本次課程設(shè)計讓大家深深地體會到了團隊合作的重要性。由于題目的要求較復(fù)雜，設(shè)計出來的角度測控系統(tǒng)也具有較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，憑一個人的力量是很難在有限的時間內(nèi)完成的，所以我們將系統(tǒng)設(shè)計按照功能拆分成了五個模塊，然后分配到各個成員手中。為了保證系統(tǒng)的整體性，分別負責(zé)兩個相連模塊的成員必須保持溝通，不斷協(xié)調(diào)，這樣才能保證最終設(shè)計出來的系統(tǒng)是可行可靠的。如果大家各干各的，可能出現(xiàn)系統(tǒng)不能正常工作的情況，例如角度測量器測得的信號不能被單片機接收并處理。兩周的課程設(shè)計很快就要結(jié)束了，作為即將步入社會的
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