基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程畢業(yè)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-08-14 18:19 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 7 順序工作，這個(gè)通電順序稱為“相序”。轉(zhuǎn)子的主要結(jié)構(gòu)是磁性轉(zhuǎn)軸，當(dāng)定子中的繞組在相序信號(hào)作用下有規(guī)律的通電、斷電工作時(shí)，轉(zhuǎn)子周圍就會(huì)有一個(gè)按此規(guī)律變化的電磁場(chǎng)，因此一個(gè)按規(guī)律變化的電磁力就會(huì)作用在轉(zhuǎn)子上，轉(zhuǎn)子 總是力圖轉(zhuǎn)動(dòng)到磁阻最小的位置，正是這樣，使得轉(zhuǎn)子按一定的步距角轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)子發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)由控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)，在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制中，控制信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生，其基本控制方式如下： 1．相序控制方式 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的通電換相順序嚴(yán)格按照步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作方式進(jìn)行，通常我們是把通電換相這一過程稱為脈沖分配?，F(xiàn)以 三 相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為例分析 三 相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作方式： 三 相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作方式有三種： 三 相單 三 拍， 三 相雙 三 拍， 三 相 六 拍?！皢巍?、“雙”、“拍”的意思是：“單”指每次切換前后只有一相繞組 通電，“雙”指的是每次有兩相繞組通電：而從一種通電狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種通電狀態(tài)就叫作一“拍”。 (1) 三 相 六 拍步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理，其實(shí)就是電磁鐵的工作原理。又環(huán)形分配器送來的脈沖信號(hào)，對(duì)定子繞組輪流通電，設(shè)先對(duì) A相繞組通電， B、 C、二 相都不通電。由于磁通具有力圖沿磁阻最小路徑通過的特點(diǎn)，因此在 A極附近的轉(zhuǎn)子就只受到徑向力的作用而無切線力，故轉(zhuǎn)矩為零，轉(zhuǎn)子被鎖定在這個(gè)位置上。此時(shí) B、 C 二 相的定子齒則和轉(zhuǎn)子齒在不同的方向各錯(cuò)丌 360。 ／ (k*m*z)的角度，其中 k 表示通電方式，當(dāng)為單拍時(shí)取 k=1，雙拍時(shí)取 k=2； m 為定子繞組的相數(shù)； z為轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。隨后 A相斷電， B相控制繞組通電，則轉(zhuǎn)子就和 B 相定予齒對(duì)齊，轉(zhuǎn)子順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn) 360。 ／ (k*m*z)的角度。然后使 B 相斷電， C相通電，同理轉(zhuǎn)子又沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn) 360。 ／ (k*m*z)的角度。轉(zhuǎn)子就按照 A—AB— BBC— C— CAA??的旋轉(zhuǎn)順序運(yùn)動(dòng)下去。 (2) 三 相雙 三 拍工作方式原理 當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按照 AB— BC— CA— AB??的順序通電，則就成了四相雙四 拍工作方式。其工作原理與 三 相 六 拍相同，此處不進(jìn)行詳細(xì)說明。 (3) 三 相單 三 拍工作方式原理 8 8 當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按照 A— B— C— A— ?的順序通電時(shí)，則就成了 三 相單 三 拍工作方式。 2．轉(zhuǎn)向控制方式 如果按給定的工作方式正向順序通電換相，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就 正 轉(zhuǎn)；如果按相反的順序通電換相，則電動(dòng)機(jī)就反轉(zhuǎn)。例如，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)先前的工作方式為 A— B— C— D— A?此時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。若改為 A— D— C— B— A?時(shí)，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向與原來相反，即，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的通電控制脈沖，必須嚴(yán)格按照步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所要求完成的工作方式進(jìn)行順序控制。 “單”、“雙”、“拍”的意 思是：“單”指每次切換前后只有一相繞組通電，“雙”指的是每次有兩相繞組通電：而從一種通電狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種通電狀態(tài)就叫作一“拍”。 a=360。 ／ (k*m*z)的角度，其中 k 表示通電方式，當(dāng)為單拍時(shí)取k=1，雙拍時(shí)取 k=2； m 為定子繞組的相數(shù)； z 為轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。隨后 A 相斷電， B相控制繞組通電，則轉(zhuǎn)子就和 B 相定予齒對(duì)齊，轉(zhuǎn)子順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn) 360。 ／(k*m*z)的角度。然后使 B相斷電， C相通電，同理轉(zhuǎn)子又沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn) 360。／ (k*m*z)的角度。轉(zhuǎn)子就按照 A— B— C— D— A??的旋轉(zhuǎn)順序運(yùn)動(dòng)下去。 步進(jìn)電 機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移的控制微電機(jī) ,其機(jī)械角位移和轉(zhuǎn)速分別與輸入電機(jī)繞組的脈沖個(gè)數(shù)和脈沖頻率成比例 .通過改變電脈沖頻率 ,可在大范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)速 .同時(shí) ,該電 機(jī)還能快速起動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)和步進(jìn)電機(jī)只需采用最簡(jiǎn)單的開環(huán)控制就可取得 非常高的控制精度，且這種系統(tǒng)不需要反饋信號(hào)，系統(tǒng)硬件實(shí)施比較簡(jiǎn)單。 三相步進(jìn)電機(jī)的定子上 有 6個(gè)極 ,轉(zhuǎn)子是 4個(gè)均勻分布的齒 ,電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)是根據(jù)控制饒組與電源接通或開斷的變化頻率呈步進(jìn)狀態(tài) ,其轉(zhuǎn)向取決于通電相序 .在本系統(tǒng)中，主要采用三相電 機(jī)三相單雙六拍 :aabbbcccaa??首先 a相通電 ,而后再接通 b相繞組 (這時(shí) a 相不斷開 )即 ab 兩繞組同時(shí)通電 。此后斷開 a相繞組 ,b相單獨(dú)通電 ,依此規(guī)律循環(huán)往復(fù) .這種方式需經(jīng)過 6個(gè)切換才能完成一個(gè)循環(huán) .單相三拍方式的每一拍步進(jìn)角為 3176。, 三相六拍的步進(jìn)角則為 9 9 176。, 因 此 ,在三相六拍下 ,步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行反轉(zhuǎn)平穩(wěn)柔和 ,但在同樣的運(yùn)行角度與速度下 ,三相六拍驅(qū)動(dòng)脈沖的頻率需提高 1倍 ,對(duì)驅(qū)動(dòng)開關(guān)管的開關(guān)特性要求較高。系統(tǒng) 的總體設(shè)計(jì)框圖如圖 5所示 : 圖 5 系統(tǒng)的整體流程圖 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)工作時(shí)，控制器首先檢測(cè)接收 傳感器 信號(hào)，進(jìn)行換算成需要的檢測(cè)量，并將之與設(shè)定值進(jìn)行比較，得出其差值 ，并根據(jù)程序的設(shè)定轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)脈沖。從而通過單片機(jī)控制的驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，從而帶動(dòng)絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)而控制液氮液面升降系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，完成一個(gè)循環(huán)控制過程。 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路如圖 6所示，采用單片機(jī) AT89C51來驅(qū)動(dòng)， AT89C51具有8k 字節(jié) flash 閃速存儲(chǔ)器， 256字節(jié)內(nèi)部 r
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