【導(dǎo)讀】師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加。而使用過的材料。均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文。不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位。印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。本組成，系統(tǒng)地分析了小車各部分結(jié)構(gòu)及其工作原理。在此基礎(chǔ)上對該裝置的硬。小車能夠完成在未知迷宮中自主識(shí)別，從起點(diǎn)快速行至終點(diǎn)，并返回起點(diǎn)，再次行走時(shí)可選擇最優(yōu)路徑完成行走，還可完成小車位置的校正。過PWM控制技術(shù)完成對小車的方向和速度的控制。

　　

【正文】 C－ D,通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制A,B,C， D 相的通斷。 (2)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向 如果給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正 轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。 (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)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整發(fā)出的脈沖頻率，就可以對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。 步進(jìn)電機(jī)分類 現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（ VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（ PM）、 混合式步進(jìn)電機(jī) （ HB）和單相式步進(jìn)電機(jī)等。 永磁式 （ PM）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； 反應(yīng)式 （ VR） 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。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成， 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 混合式 （ HB） 步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。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。 步進(jìn)電機(jī)特 性 特 性 ： 感應(yīng)子式與傳統(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。因永磁體的存在，該電機(jī)具有較強(qiáng)的反電勢，其自身阻尼作用比較好，使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中比較平穩(wěn)、噪音低、低頻振動(dòng)小。 感應(yīng)子式某種程度上可以看作是低速同步的電機(jī)。一個(gè)四相電機(jī)可以作四相運(yùn)行，也可以作二相運(yùn)行。（必須采用雙極電壓驅(qū)動(dòng)），而反應(yīng)式電機(jī)則不能如此。例如：四相，八相運(yùn)行（ AABBBCCCDDDAA）完 全可以采用二相八拍運(yùn)行方式 .不難發(fā)現(xiàn)其條件為 C=,D=. 一個(gè)二相電機(jī)的內(nèi)部繞組與四相電機(jī)完全一致，小功率電機(jī)一般直接接為二相，而功率大一點(diǎn)的電機(jī)，為了方便使用，靈活改變電機(jī)的動(dòng)態(tài)特點(diǎn)，往往將其外部接線為八根引線（四相），這樣使用時(shí)，既可以作四相電機(jī)使用，可以作二相電機(jī)繞組串聯(lián)或并聯(lián)使用。 相數(shù) 分類 感應(yīng)子式電機(jī)以相數(shù)可分為：二相電機(jī)、三相電機(jī)、四相電機(jī)、五相電機(jī)等。以機(jī)座號(hào)（電機(jī)外徑）可分為： 42BYG(BYG 為感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)代號(hào)）、57BYG、 86BYG、 110BYG、（國際標(biāo)準(zhǔn)），而像 70BYG、 90BYG、 130BYG 等均為國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。 步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語 相數(shù)：產(chǎn)生不同對極 N、 S磁場的激磁線圈對數(shù)。常用 m表示。 拍數(shù)：完成一個(gè)磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用 n 表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機(jī)為例，有四相四拍運(yùn)行方式即ABBCCDDAAB，四相八拍運(yùn)行方式即 AABBBCCCDDDAA. 步距角：對應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用 θ 表示。 θ=360度（轉(zhuǎn)子齒數(shù) J*運(yùn)行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為 50 齒電機(jī)為例。四拍運(yùn)行時(shí)步距角 為 θ=360 度 /（ 50*4） = 度（俗稱整步），八拍運(yùn)行時(shí)步距角為 θ=360 度 /（ 50*8） = 度（俗稱半步）。 定位 轉(zhuǎn)矩 ：電機(jī)在不通電狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場齒形的諧波以及機(jī)械誤差造成的） 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 靜轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在額定靜態(tài)電作用下，電機(jī)不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機(jī)體積（幾何尺寸）的標(biāo)準(zhǔn)，與驅(qū)動(dòng)電壓及驅(qū)動(dòng)電源等無關(guān)。 雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁激磁安匝數(shù)成正比，與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)，但過分采用減小氣隙，增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的，這樣會(huì)造成電機(jī)的發(fā)熱及機(jī)械噪音。 動(dòng)態(tài)指標(biāo)及術(shù)語： 步距角精度： 步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角的實(shí)際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差 /步距角 *100%。不同運(yùn)行拍數(shù)其值不同，四拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在 5%之內(nèi)，八拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在 15%以內(nèi)。 失步： 電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。 失調(diào)角： 轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)是 不能解決的。 最大空載起動(dòng)頻率： 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。 最大空載的運(yùn)行頻率： 電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式，電壓及額定電流下，電機(jī)不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。 運(yùn)行矩頻特性： 電機(jī)在某種測試條件下測得運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運(yùn)行矩頻特性，這是電機(jī)諸多動(dòng)態(tài)曲線中最重要的，也是電機(jī)選擇的根本依據(jù)。其它特性還有慣頻特性、起動(dòng)頻率特性等。 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。 電機(jī)的共振點(diǎn)：步進(jìn)電機(jī)均有固定的共振區(qū)域，二、四相感應(yīng)子式的共振區(qū)一般在 180250pps 之間（步距角 度）或在 400pps 左右（步距角為），電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓越高，電機(jī)電流越大，負(fù)載越輕，電機(jī)體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然，為使電機(jī)輸出電矩大，不失步和整個(gè)系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點(diǎn)均應(yīng)偏移共振區(qū)較多。 電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制： 當(dāng)電機(jī)繞組通電時(shí)序?yàn)?ABBCCDDA 或 ()時(shí)為正轉(zhuǎn)，通電時(shí)序?yàn)?DACDBCAB 或 ()時(shí)為反轉(zhuǎn) 。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電 路 設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)需求及其 芯片 選擇 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)需求分析 ： 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 首先我們先看看我們所選的步進(jìn)電機(jī) ,我所選用的步進(jìn)電機(jī)是：PM35S048 永磁式步進(jìn)電機(jī) （步進(jìn)角 176。， 步距角為 176。/176。 ， 額定電壓12V，電阻 50Ω） 芯片選擇原則： ： 電流是判斷驅(qū)動(dòng)器能力的大小，是選擇驅(qū)動(dòng)器的重要指標(biāo)之一，通常驅(qū)動(dòng)器的最大電流要略大于電機(jī)標(biāo)稱電流，通常驅(qū)動(dòng)器有 、 、 、 等規(guī)格。 ： 供電電壓是判斷驅(qū)動(dòng)器升速能力的標(biāo)志，常規(guī)電壓供給有： 24VDC、 40VDC、80VDC、 110VAC 等。 3. 驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分： 細(xì)分是控制精度的標(biāo)志，通過增大細(xì)分能改善精度。細(xì)分能增加電機(jī)平穩(wěn)性，通常步進(jìn)電機(jī)都有低頻振動(dòng)的特點(diǎn)，通過加大細(xì)分可以改善，使電機(jī)運(yùn)行非常平穩(wěn)。 設(shè)計(jì) 選用 BA6845FS 作為步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片。 BA6845FS 數(shù)據(jù)參數(shù) 工作電壓： 12V； 功率損耗 :800mW； 工作溫度： 25176?！?75176。 ； 輸出最大電流： 1000mA； 輸出電壓： ～ ； BA6845FS 方框圖 : 圖 BA6845FS 方框圖 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 BA6845FS 是一個(gè)最大輸出 為 安培 的 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 芯片 。邏輯輸入允許三種輸出模式：前進(jìn)，后退，和節(jié)能。該 芯片 具有低輸出飽和電壓， 具有在 低電源電壓 驅(qū)動(dòng) 電機(jī) 的 能力 。 BA6845FS 芯片的特點(diǎn)：低輸出飽和電壓；具有節(jié)點(diǎn)電路；具有熱關(guān)斷電路。 表 IN11/21 IN12/22 OUT11/21 OUT12/22 模式 L H H L 正向 H H L H 反向 L L 開路 開路 停止 H L 開路 開路 停止 BA6845FS 電氣曲線特性： 圖 電氣曲線特性 BA6845FS 三視圖 ： 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 圖 BA6845FS三視圖 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 需求分析 : 自動(dòng)走迷宮小車 需要在迷宮中快速的進(jìn)行 90176?；?180176。的轉(zhuǎn)彎，設(shè)計(jì)中小車 有 兩個(gè)步進(jìn)電機(jī) 配合轉(zhuǎn)動(dòng) ，所以需要兩個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片分別對兩個(gè)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng) 。 微處理器 、步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 之間連接次序是：步進(jìn)電機(jī)連接 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 ，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 再和微控制器 相連 ，步進(jìn)電機(jī) 和微控制器 不直接連接。如 圖 所示： 圖 驅(qū)動(dòng)模塊連接圖 先設(shè)計(jì)右 電機(jī)： 步進(jìn)電機(jī) 有 4 跟引線，分別代表四相， 記 4，把它分別接在 驅(qū)動(dòng)芯片 的 輸出的 OUT1 OUT1 OUT2 OUT22 管腳 ，分別記它為 RA RA RB RB2。四個(gè)輸入控制端 IN1 IN1 IN2 IN22 分別接到微控制器 LM3S615 的 PD0、 PD PD PD3 四個(gè)端口。 硬件連接圖 3.16如下： 圖 右 步進(jìn)電機(jī)電路圖 步進(jìn)電機(jī) 微控制器 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 芯片 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 左電機(jī)和右電機(jī)相同 :步進(jìn)電機(jī)的 4 端分別接在 驅(qū)動(dòng)芯片的輸出端 的 OUT1 OUT1 OUT2 OUT22，分別記它為 LA LA LB LB2。四個(gè)輸 入控制端 IN1 IN1 IN2 IN22 分別接在微控制器 LM3S615 的 PD PD PD PD7 四個(gè)端口。硬件連接圖 如下： 圖 左步進(jìn)電機(jī)電路圖 為了給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片提供穩(wěn)定的電壓，設(shè)計(jì)濾波電路對電壓進(jìn)行濾波： 圖 濾波電路 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的 設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的選擇決定了步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行質(zhì)量，運(yùn)行的平穩(wěn)性。所以說驅(qū)動(dòng)方式的選擇是很重要的。 驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的時(shí)序主要有單拍驅(qū)動(dòng) 、 整步驅(qū)動(dòng) 、半步驅(qū)動(dòng)和微步驅(qū)動(dòng)。微步驅(qū)動(dòng)技術(shù)水平和造價(jià)較高，出于整個(gè)系統(tǒng)的 需求分析小車的驅(qū)動(dòng)方式在 單拍驅(qū)動(dòng) 、 整步驅(qū)動(dòng) 、半步驅(qū)動(dòng)中選擇。 對于整步驅(qū)動(dòng)方式，電機(jī)是走一個(gè)整步，如對于一個(gè)步進(jìn)角是 176。 的步進(jìn)電機(jī)，整步驅(qū)動(dòng)是每走一步是走 176。 對于半步驅(qū)動(dòng)方式，電機(jī)是走一個(gè)半步，如對于一個(gè)步進(jìn)角是 176。 的步進(jìn)電機(jī)，半步驅(qū)動(dòng)是每走一步，是走 176。(176。/2) 。 下圖是步進(jìn)電機(jī)三種驅(qū)動(dòng)方式的時(shí)序： 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 圖 三種驅(qū)動(dòng)方式時(shí)序圖 上圖給我們顯示了三種步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式，圖（ a）為單拍驅(qū)動(dòng)時(shí)序 ，圖（ b） 為整步驅(qū)動(dòng)時(shí)序，圖 （ c） 為半步驅(qū)動(dòng)時(shí)序。我們對三種驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行比較 :表 三種驅(qū)動(dòng)方式比較 步進(jìn)角度 功率損耗 特性 單拍驅(qū)動(dòng) 176。 P 1． 損耗功率小； 2． 步進(jìn)時(shí)容易產(chǎn)生錯(cuò)亂 整步驅(qū)動(dòng) 176。 2P 1． 功率損耗最大； 2． 溫度上升快； 3． 轉(zhuǎn)矩較大； 4． 不僅是較穩(wěn)定。 半步驅(qū)動(dòng) 半步驅(qū)動(dòng) 176。 176。 1．特性介于單拍驅(qū)動(dòng)和整步驅(qū)動(dòng)之間； 2．步進(jìn)角度是原來步進(jìn)角的一半； 3．最高的極限速度減小。 設(shè)計(jì)選擇半步驅(qū)動(dòng)。 兩相步進(jìn)電機(jī)的內(nèi)部定子示意圖，為了使電 機(jī)的轉(zhuǎn)子能夠連續(xù)、平穩(wěn)地轉(zhuǎn)動(dòng)，定子必須產(chǎn)生一個(gè)連續(xù)、平均的磁場。因?yàn)閺暮暧^上看，電機(jī)轉(zhuǎn)子始終跟隨電機(jī)A1 B1 A2 B2 A1 A1 B1 A2 B2 t A1 B1 A2 B2 A1 B1 A2 B2 A1 t A1 B1 A2 B2 A1 A1B1 B1 A2B1 A2 A2B2 B2 A1B2 A1 t （ a） （ b） （ c） 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 定子合成的磁場方向。如果定子合成的磁場變化太快，轉(zhuǎn)子跟隨不上，這時(shí)步進(jìn)電機(jī)就出現(xiàn)失步現(xiàn)象。 圖 步進(jìn)電機(jī)連接圖 下圖是半步驅(qū)動(dòng)方式中，電機(jī)定子的電流次序示意圖： 圖 定 子 電流次序圖 由上圖可見，半步驅(qū)動(dòng)方式的比整步驅(qū)動(dòng)方式相對復(fù)雜一些，在同一時(shí)刻，可能兩個(gè)相都需要被通電，如果要求電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩平穩(wěn)，則需要在兩相同時(shí)通電時(shí)，通電電流應(yīng)該為單相通電電流的 sin(45176。) ，即 √2/2 。當(dāng)然，可以直接通以和單相通電流相等的電流，結(jié)果是電機(jī)轉(zhuǎn) 動(dòng)過程中的力矩不恒定，但它帶來的好處是驅(qū)動(dòng)電路或軟件編寫的簡化。 以下是這種的驅(qū)動(dòng)方式的驅(qū)動(dòng)相序： BB’→BB’ A’A→A’A→B’B A’A→ B’B→B’B AA’→AA’→ AA’ BB’ 如果需要反轉(zhuǎn)，只需按以上相序的逆向進(jìn)行通電即可。 當(dāng)按以上相序?qū)﹄姍C(jī)通電，產(chǎn)生的電流矢量則可以把一個(gè)圓分割成 8 份，如圖 所示： 圖 時(shí)序分割圖 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 半步驅(qū)動(dòng)一方面使電機(jī)的步進(jìn)分辨率提高了 一倍，且電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)更為平穩(wěn)。對比地，半步驅(qū)動(dòng)方式的兩相電流圖如 圖 所示： 圖 半步驅(qū)動(dòng)方式電流圖 由上圖看出，半步驅(qū)動(dòng)方式描出的正弦波較之整步驅(qū)動(dòng) 方式，有了改觀，提高了精度。這樣的好處是