【正文】 .....21參考文獻 ...............................................................................................22附錄 1....................................................................................................23附錄 2....................................................................................................23步 進 電 動 機 驅 動 的 運 動 控 制 系 統(tǒng) 設 計職 業(yè) 技 術 學 院 電 氣 工 程 及 其 自 動 化 專 業(yè)指 導 教 師 邸 敏 艷 作 者 張 士 暖摘 要 ： 步 進 電 動 機 是 一 種 執(zhí) 行 元 件 ， 它 能 將 電 脈 沖 信 號 轉 化 為 角 位 移 或 線 位 移 。 它具 有 結 構 簡 單 ， 控 制 方 便 ， 工 作 可 靠 等 一 系 列 優(yōu) 點 ， 經 常 應 用 在 一 些 簡 易 數(shù) 控 系 統(tǒng) 中 。單 片 機 的 集 成 度 很 高 ， 它 將 計 算 機 的 主 要 部 分 都 集 中 在 一 塊 芯 片 上 ， 具 有 體 積 小 、價 格 低 廉 ， 使 用 方 便 靈 活 等 優(yōu) 點 ， 可 以 方 便 的 組 成 各 種 智 能 化 的 控 制 設 備 和 儀 器 。單 片 機 可 以 與 步 進 電 動 機 結 合 起 來 進 行 精 確 的 速 度 及 位 置 控 制 。 在 學 習 了 步 進 電 動機 和 單 片 機 的 工 作 原 理 的 基 礎 上 ， 提 出 了 以 AT89C51 單 片 機 為 核 心 的 步 進 電 機 的 運動 控 制 系 統(tǒng) 。 系 統(tǒng) 設 計 了 步 進 電 機 的 驅 動 電 路 ， 顯 示 電 路 和 按 鍵 控 制 電 路 等 硬 件 系 統(tǒng) ，并 結 合 單 片 機 的 軟 件 編 程 ， 通 過 按 鍵 實 現(xiàn) 了 對 步 進 電 動 機 運 動 的 控 制 。 步 進 電 動 機轉 軸 帶 動 葉 片 旋 轉 ， 模 擬 風 扇 反 向 、 正 向 、 減 速 、 加 速 等 轉 動 。關 鍵 詞 ： 步 進 電 動 機 ； 單 片 機 ； 運 動 控 制 系 統(tǒng) ； 驅 動 電 路 ； 按 鍵 電 路 ； 顯 示 電 路Abstract: Stepping motors is an actuator that can turn electrical impulses signal into angular displacement or line of displacement. It has a series of advantages, for example simple in structure, convenient in control, reliable and so on, often used in some simple numerical control system. Single chip puter is the main part of the focus on a single chip circuit chip, small volume, low cost, use agile, easy to control the position of all kinds of intelligent equipment and instruments. SCM bine with the stepping motor can realize accurate control in speed and position. By learning the principle of stepping motor and MCU, and putting forward a stepping motor movement’s control system that based on the AT89C51. System designs stepping motor’s driver circuit, show circuit and control circuit’s hardware system such as buttons, connecting with the single chip microputer software programming, through the key to realize the stepping motor control of movement. The stepping motor drives blade rotation axis, simulate fan inversion， turning, slow, accelerate, and stop.Keywords: stepping motor； singlechip microputer； motion control system； drive circuit； key circuit； show circuit第 1 章 緒論 運動控制系統(tǒng)的概述運 動 控 制 系 統(tǒng) 主 要 研 究 工 作 機 械 的 位 移 、 轉 矩 、 速 度 等 方 面 的 理 論 和 技 術 問 題 。具 體 來 說 ， 運 動 控 制 系 統(tǒng) 是 以 電 動 機 為 控 制 對 象 ， 以 電 力 電 子 功 率 變 換 裝 置 為 執(zhí) 行]1[機 構 ， 以 高 性 能 的 控 制 器 為 核 心 ， 在 自 動 控 制 理 論 的 指 導 下 組 成 的 電 氣 傳 動 自 動 控 制系 統(tǒng) 。 它 能 使 各 種 工 作 機 械 按 人 們 所 預 期 的 運 動 軌 跡 和 規(guī) 定 的 運 動 參 數(shù) 進 行 運 動 。 運動 控 制 系 統(tǒng) 主 要 應 用 在 工 業(yè) 領 域 、 國 防 領 域 、 家 電 領 域 、 機 器 人 等 領 域 。 它 對 被 控 量進 行 控 制 ， 通 過 電 動 機 將 電 能 轉 化 為 機 械 能 ， 實 現(xiàn) 運 動 控 制 的 運 動 要 求 。本 文 講 述 的 運 動 控 制 系 統(tǒng) 的 控 制 對 象 是 步 進 電 動 機 ， 所 以 有 必 要 對 電 機 控 制 系 統(tǒng)進 行 一 下 介 紹 。 電機運動控制系統(tǒng)概述電 機 是 一 種 能 量 轉 換 的 機 械 ， 它 在 電 能 的 生 產 、 變 換 、 傳 輸 、 使 用 過 程 中 起 著 十分 重 要 的 作 用 。 例 如 ， 電 動 機 可 以 把 電 能 轉 換 成 機 械 能 ， 發(fā) 電 機 則 與 之 相 反 ， 而 變壓 器 、 變 頻 器 、 移 相 器 分 別 用 于 改 變 電 源 電 壓 、 頻 率 和 相 位 ， 控 制 電 機 則 作 為 控 制系 統(tǒng) 的 控 制 元 件 或 執(zhí) 行 元 件 。 隨 著 社 會 的 發(fā) 展 ， 工 業(yè) 生 產 的 自 動 化 程 度 不 斷 地 提 高 ，控 制 電 機 的 需 求 越 來 越 大 ， 所 以 電 機 的 運 動 控 制 系 統(tǒng) 顯 得 越 發(fā) 的 重 要 。電 機 運 動 控 制 技 術 是 以 電 動 機 為 控 制 對 象 ， 以 電 力 電 子 器 件 應 用 為 基 礎 ， 利 用]2[電 子 技 術 與 微 處 理 器 控 制 和 計 算 機 輔 助 設 計 （ puter aided design簡 稱 CAD） 等手 段 ， 在 自 動 控 制 理 論 的 指 導 下 ， 并 且 與 檢 測 技 術 和 數(shù) 據 通 信 技 術 相 結 合 ， 構 成 一 門具 有 相 對 獨 立 性 的 科 學 技 術 。 在 現(xiàn) 代 工 業(yè) 、 現(xiàn) 代 農 業(yè) 、 現(xiàn) 代 國 防 、 交 通 運 輸 和 日 常 生活 中 得 到 了 廣 泛 的 應 用 。 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展概述1946年 2月 14號 ， 美 國 賓 尼 法 尼 亞 大 學 創(chuàng) 造 了 世 界 上 首 臺 計 算 機 ENIAC， 從 而 進入 了 現(xiàn) 代 計 算 機 階 段 的 新 時 代 。 在 過 去 的 幾 十 年 里 ， 計 算 機 技 術 發(fā) 展 迅 猛 。 隨 著 計算 機 開 始 應 用 于 工 業(yè) 生 產 過 程 控 制 ， 計 算 機 技 術 與 控 制 理 論 相 結 合 ， 產 生 了 計 算 機控 制 系 統(tǒng) ， 這 就 為 自 動 控 制 系 統(tǒng) 的 發(fā) 展 與 應 用 奠 定 了 基 礎 。計 算 機 （ 工 業(yè) 控 制 機 ） 和 生 產 過 程 構 成 了 計 算 機 控 制 系 統(tǒng) 的 兩 大 部 分 。 工 業(yè)]3[控 制 機 包 括 硬 件 與 軟 件 ， 它 是 根 據 生 產 過 程 的 要 求 與 特 性 而 專 門 設 計 的 計 算 機 。 生產 過 程 則 有 以 下 幾 部 分 構 成 ： 測 量 變 送 、 執(zhí) 行 機 構 、 被 控 對 象 、 電 氣 開 關 等 。 計 算 機控 制 系 統(tǒng) 的 控 制 過 程 分 三 步 執(zhí) 行 ， 即 實 時 數(shù) 據 采 集 、 實 時 決 策 控 制 、 實 時 控 制 輸 出 。計 算 機 控 制 技 術 的 發(fā) 展 大 致 經 歷 了 試 驗 階 段 、 實 用 普 及 階 段 、 和 分 級 控 制 這 三 個 階 段 。隨 著 計 算 機 控 制 技 術 的 發(fā) 展 ， 新 的 控 制 理 論 與 控 制 方 法 層 出 不 窮 ， 計 算 機 控 制 技 術 正面 向 人 工 智 能 、 模 糊 控 制 、 自 適 應 控 制 、 實 現(xiàn) 最 優(yōu) 控 制 等 的 方 向 發(fā) 展 。 本文主要內容本 設 計 想 要 完 成 的 是 步 進 電 動 機 帶 動 葉 片 旋 轉 ， 即 模 擬 風 扇 轉 動 。 通 過 對 步 進 電動 機 的 學 習 ， 掌 握 步 進 電 動 機 的 驅 動 控 制 方 法 。 利 用 AT89C51 單 片 機 實 現(xiàn) 對 步 進 電動 機 的 旋 轉 控 制 ， 然 后 通 過 軸 連 接 帶 動 風 扇 葉 片 旋 轉 。首 先 介 紹 了 步 進 電 動 機 和 單 片 機 的 工 作 原 理 ， 然 后 設 計 了 一 個 可 行 的 方 案 ， 并 對該 方 案 的 系 統(tǒng) 硬 件 和 軟 件 進 行 了 詳 細 的 介 紹 。 近 年 來 ， 單 片 機 發(fā) 展 迅 速 ， 并 且 開 始在 多 個 領 域 得 到 廣 泛 應 用 。 用 單 片 機 控 制 步 進 電 機 降 低 了 投 資 成 本 ， 減 少 了 硬 件 的使 用 ， 使 某 些 方 面 操 作 起 來 更 簡 單 ， 且 提 高 了 系 統(tǒng) 的 可 靠 性 。第 2 章 步進電動機 步進電動機簡述 步 進 電 動 機 是 一 種 執(zhí) 行 元 件 ， 它 能 將 電 脈 沖 信 號 轉 化 為 角 位 移 或 線 位 移 ， 每 施]4[加 一 個 脈 沖 信 號 ， 它 就 前 進 一 個 角 度 ， 這 個 角 度 成 為 步 距 角 。 在 負 載 允 許 的 范 圍 內 ，輸 入 步 進 電 機 的 控 制 脈 沖 數(shù) 及 它 的 頻 率 決 定 了 電 機 轉 子 的 角 位 移 和 轉 速 的 大 小 ， 它 們之 間 成 正 比 關 系 ， 并 且 在 時 間 上 是 同 步 的 。 輸 入 電 機 的 脈 沖 數(shù) 和 頻 率 一 旦 發(fā) 生 變 化 ，轉 子 的 轉 角 和 轉 速 也 相 應 的 變 化 。 如 果 想 改 變 電 機 的 轉 向 ， 只 要 改 變 電 機 控 制 繞 組 的通 電 順 序 即 可 。 由 于 計 算 機 控 制 系 統(tǒng) 屬 于 數(shù) 字 控 制 系 統(tǒng) ， 而 步 進 電 機 可 以 直 接 利 用 數(shù)字 信 號 ， 并 且 沒 有 累 積 誤 差 ， 所 以 用 計 算 機 很 容 易 實 現(xiàn) 步 進 電 動 機 的 開 環(huán) 數(shù) 字 控 制 。 步進電動機的分類及其工作原理步 進 電 動 機 的 種 類 繁 多 ， 根 據 工 作 原 理 的 不 同 可 以 分 為 磁 阻 式 （ 反 應 式 ） 、 永]5[磁 式 、 永 磁 感 應 子 式 （ 混 合 式 ） 三 種 步 進 電 動 機 。⑴ 磁 阻 式 步 進 電 動 機 （ Variable Reluctance簡 稱 VR） 也 叫 做 反 應 式 步 進 電 動 機 。定 子 和 轉 子 鐵 心 均 由 軟 磁 材 料 沖 片 疊 裝 而 成 ， 定 子 上 至 少 有 三 對 磁 極 ， 每 極 上 裝 有 控制 繞 組 。 轉 子 上 沒 有 控 制 繞 組 ， 是 一 個 帶 齒 的 鐵 心 ， 通 過 磁 阻 轉 矩 使 轉 子 旋 轉 。 反 應式 步 進 電 機 制 作 簡 單 ， 價 格 低 廉 ， 步 距 角 可 以 做 的 相 當 小 ， 只 是 在 動 態(tài) 方 面 的 性 能較 差 。⑵ 永 磁 式 步 進 電 動 機 （ Permanent mag簡 稱 PM） 定 子 磁 極 上 裝 有 兩 相 或 多 相控 制 繞 組 ， 轉 子 由 一 對 或 多 對 極 的 星 形 永 久 磁 鐵 制