【正文】 個(gè)中斷 (INT INT1)的功能 ,節(jié)省了硬件資源。 L298N的引腳功能說明如表 。它專用于雙極性步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) ,L298N芯片可接受標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號 ,內(nèi)含兩個(gè) H橋的高電壓全橋式驅(qū)動(dòng)器 ,H橋最大可承受 46V電源電壓 ,相電流可達(dá) 2. 5A,可用來驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器線圈等感性負(fù)載 ,且具有過溫保護(hù)功能。 L297的引腳功能說明如表 。 19引腳接入高電平時(shí) ,進(jìn)入半步方式 ,得到單雙交互工作方式 (八拍 )。L297的優(yōu)勢是僅需輸入方向、時(shí)鐘信號及模式信號 ,就可對其進(jìn)行控制工作?；静骄嘁幌嗉?lì)模式 。 L297主要由脈沖分配器 (譯碼器 ),兩個(gè)固定斬波頻率的 PWM恒流斬波器以及輸出控制邏輯組成。為排除干擾 ,在單片機(jī)與驅(qū)動(dòng)控制模塊之間 ,加入了 TLP521光電隔離元件 ,使得系統(tǒng)穩(wěn)定性更高。而單片機(jī)作為系統(tǒng)的核心控制器 ,主要實(shí)現(xiàn)方向、時(shí)鐘信號的分配 ,驅(qū)動(dòng)控制模塊接常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 13 收到控制指令后 ,由 L297的脈沖分配器自動(dòng)產(chǎn)生勵(lì)磁相序 ,經(jīng) L298N的雙 H橋式驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行功率放大 ,最終輸出符合步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)要求的驅(qū)動(dòng)信號 ,使得步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)模塊框圖如圖 。基于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作的獨(dú)特性 ,需要為其設(shè)計(jì)專門的驅(qū)動(dòng)裝置 ,以滿足步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正常的工作狀態(tài)的要求。 圖 主控制模塊圖 驅(qū)動(dòng)控制模塊 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為一種特殊的執(zhí)行元件。在本課題中 ,約定“ 1”為高電平 ,“ 0”為低電平。脈沖分配器輸出驅(qū)動(dòng)電壓經(jīng)功率放大器進(jìn)行放大 ,向步進(jìn)電機(jī)的兩相繞組提供所需的驅(qū)動(dòng)相序。 AT89S51作為步進(jìn)電機(jī)伺服控制器的核心控制器 ,主要進(jìn)行脈沖信號及方向電平的發(fā)送工作。系統(tǒng)組成框圖如圖 。此種伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性較好 ,成本低廉 ,但精度相對不高。測量器件測量出的位移量經(jīng)反饋電路返回 ,與輸入指令進(jìn)行比較 ,之后校正齒輪軸的實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)位移情況。閉環(huán)伺服系統(tǒng)具有定位準(zhǔn)確 ,控制精度高 ,但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ,成本較高。這種伺服系統(tǒng)的定位 ft 度由測量元件的精度所決定。 圖 開環(huán)伺服系統(tǒng)原理圖 閉環(huán)伺服系統(tǒng)以伺服電機(jī)為驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件 ,此種伺服系統(tǒng)的輸入與輸出量之間是順向與反向作用兩者兼有的伺服系統(tǒng)。系統(tǒng)每發(fā)出一個(gè)脈沖信號 ,經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路放大后 ,送給執(zhí)行元件 ,使其轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定 的角度 ,實(shí)現(xiàn)對負(fù)載的控制。 環(huán)伺服系統(tǒng)以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或電液脈沖馬達(dá)為驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件 ,其被控對象的輸出對控制器的輸入沒有影響。它具有許多學(xué)科相互交叉的性質(zhì) ,已形成了綜合性的技術(shù)體系 ,是未來極具潛力的控制理論常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 11 之一。目前 ,伺服系統(tǒng)正朝著數(shù)字化、智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展隨著伺服控制技術(shù)的突飛猛進(jìn) ,伺服控制系統(tǒng)已經(jīng)涵蓋許多控制領(lǐng)域。氣動(dòng)伺服系統(tǒng)是采用壓縮空氣作為動(dòng)力的伺服系統(tǒng)。電氣伺服系統(tǒng)具有精度高、易于控 .制等優(yōu)點(diǎn)。隨著伺服控制技術(shù)的不斷發(fā)展 ,在二十世紀(jì)六十年代的時(shí)候 ,液壓伺服系統(tǒng)己無法滿足現(xiàn)有的伺服控制系統(tǒng)的發(fā)展要求 ,電氣伺服系統(tǒng)的出現(xiàn) ,彌補(bǔ)了液壓伺服系統(tǒng)的 不足之處。伺服控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程按時(shí)間先后大致可分為液壓伺服系統(tǒng)、電氣伺服系統(tǒng)、氣動(dòng)伺服系統(tǒng)三個(gè)階段。其外觀圖如圖 所示。定子由娃鋼片堆疊制成 ,轉(zhuǎn)子鐵心由娃鋼片制成 ,轉(zhuǎn)子永磁體由鉛鎳鉆制成 ,轉(zhuǎn)子軸由不誘鋼材料制成。永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱為混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。當(dāng)定子繞組按四拍和八拍通電時(shí) ,轉(zhuǎn)子分別轉(zhuǎn)過 度和 度。 一 B39。 A 一 AB)和兩相八拍工作方式等。 B39。 一 A),兩相雙四拍 (AB — BA39。而兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)常見的工作方式包括兩相單四拍 (A — B — A39。和 B39。 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 圖 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的剖面圖 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的工作原理 兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理 :當(dāng)給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通入電信號時(shí) ,控制繞組就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的磁動(dòng)勢 ,通過與永久磁鐵產(chǎn)生的磁動(dòng)勢相互影響下 ,促使電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生 ,從而步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的步進(jìn)動(dòng)作。該電動(dòng)機(jī)具有動(dòng)態(tài)性能好 ,輸出力矩值較大 ,穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn) ,其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由定子及轉(zhuǎn)子組成。 在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)下 ,首先是從啟動(dòng)頻率 始運(yùn)轉(zhuǎn) ,隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率越來越高 ,電動(dòng)機(jī)在某一頻率上有可能會(huì)產(chǎn)生失步現(xiàn)象 ,而電動(dòng)機(jī)未產(chǎn)生失步前的那個(gè)極限頻率值即為運(yùn)行頻率。 在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正常的運(yùn)行狀態(tài)下 ,全速運(yùn)行而未產(chǎn)生失步現(xiàn)象 ,則此過程的最 大頻率值為 響應(yīng)頻率。定位轉(zhuǎn)矩即 是在繞組未通入電信號時(shí) ,電磁轉(zhuǎn)矩的最大數(shù)值。最 大累積誤差即是電動(dòng)機(jī)從某一不確定的位置運(yùn)轉(zhuǎn) ,經(jīng)過無數(shù)步工作之間 ,角位移量 誤差的最大數(shù)值。國產(chǎn)步進(jìn) 電動(dòng)機(jī)步距角為 、 、 、 度等。 圖 研究路線圖 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 2. 1 兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作過程 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)包括步距角、精度、轉(zhuǎn)矩、響應(yīng)頻率、運(yùn)行頻率等。 Protel軟件生成系統(tǒng) PCB圖 ,制作硬件電路板實(shí)物 ,加載軟件程序。 Keil軟件平臺 ,實(shí)現(xiàn) C語言程序的調(diào)試與編譯工作 。 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 7 第二章 總體方案設(shè)計(jì)及步進(jìn)電機(jī)的選擇 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)伺服控制器的技術(shù)路線包括以下六部分 ,技術(shù)路線圖如圖 示 : ,確定所選取的硬件器件 ,并設(shè)計(jì)符合要求的硬件電路 。 ,以往的步進(jìn)電機(jī)伺服控制產(chǎn)品 ,僅針對某一具體型號步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng) ,驅(qū)動(dòng)方法相對死板 ,單一 ,而選 用 L297與 L298N芯片配合驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) ,可實(shí)現(xiàn)兩相或四相步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)工作。 步進(jìn)電機(jī)伺服控制目前存在的主要問題 目前 ,我國的伺服控制系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化的發(fā)展規(guī)模 ,但也存在如下問題 : 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 6 ,多采用 PLC、 DSP等進(jìn)行控制 ,系統(tǒng) 發(fā)成本高及控制復(fù)雜 ,制約著中小型企業(yè)的應(yīng)用需求。 21世紀(jì) ,國產(chǎn)伺服控制系統(tǒng)與國外相比仍存在一定的差距 ,尤其在驅(qū)動(dòng)裝置、定位速度、定位精度等方面 ,這些要求的滿足主要與伺服系統(tǒng)的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性存在直接 關(guān)系。一些伺服廠家不得不選用國外的伺服系統(tǒng)。 在 20世紀(jì) 80年代 ,中國通過引進(jìn)、消化、吸收國外伺服控制的先進(jìn)技術(shù) ,又在國家“七五”、“八五”、“九五”期間對伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行重大科技項(xiàng)目攻關(guān)取得了很大成果。 20世紀(jì) 70年代 ,迫于對國外伺服控制產(chǎn) 品的壓力 ,中國的華中數(shù)控、廣泰數(shù)控、時(shí)光科技等伺服廠家 ,開始開發(fā)自主知識產(chǎn)權(quán)的伺服控制產(chǎn)品 ,其中時(shí)光科技有限公司主要針對中大功率異步電機(jī)伺服控制器市場 ,其驅(qū)動(dòng)技術(shù)、成本、等均有很明顯的優(yōu)勢。采用軟件控制代替了硬件控制 ,簡化了伺服系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) ,降低硬件成本。 21世紀(jì)至今 ,主要以 DSP為核心的 步進(jìn)電機(jī)伺服控制系統(tǒng) ,實(shí)現(xiàn)了伺服控制系統(tǒng)的速度環(huán)、位置環(huán)和電流環(huán)的全數(shù)字化控制。因步進(jìn)電機(jī)伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單、便于制造 ,成本相對低廉 ,所以迄今為止 ,在運(yùn)動(dòng)速度較低、輸出扭矩較小的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床上仍然得到普遍應(yīng)用。 20世紀(jì) 80年代以來隨著大規(guī)模集成電路、電力電子學(xué)的發(fā)展 ,特別是計(jì)算機(jī) 對交流電動(dòng)機(jī)的磁場進(jìn)行矢量控制技術(shù)的重大突破 ,使長期以來人們一直試圖在調(diào)速和伺服控制中應(yīng)用交流電動(dòng)機(jī)取代直流電動(dòng)機(jī)的設(shè)想得以實(shí)現(xiàn)。 ` 20世紀(jì) 70年代 ,美國 GEHYS公司首先研制成功了大慣量直流電動(dòng)機(jī) ,即通常所指的寬調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)。 20世紀(jì) 60年代中期 ,由小功率型伺服步進(jìn)電機(jī)和液壓扭矩放大器組成的開環(huán)伺服系統(tǒng)一度廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制中 ,其中日本 FUNAC公司研制的電液脈沖馬達(dá)伺服系統(tǒng)最具代表性。該伺服系統(tǒng)與直流伺服電機(jī)相比 ,響應(yīng)時(shí)間短 ,輸出相同扭矩時(shí)伺服部件的夕丨形尺寸小。這種早期的伺服系統(tǒng)是采用交磁電機(jī)擴(kuò)大機(jī)一直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式 ,由于交磁電機(jī)的頻率響應(yīng)差 ,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及電氣時(shí)間常數(shù)都比較大 ,因此響應(yīng)速度比較慢。兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角為 ,五相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角為 。混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又叫做感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) ,主要由定子、轉(zhuǎn)子、機(jī)殼、端蓋構(gòu)成。其步距角一般為 。 此電動(dòng)機(jī)又叫做磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) ,這種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作過程 :定子的多相勵(lì)磁繞組與轉(zhuǎn)子通過磁導(dǎo)的變化情況來產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩 ,實(shí)現(xiàn)反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作過程。其工作過程為定子繞組電流產(chǎn)生的磁場與轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的磁場進(jìn)行相互作用 ,產(chǎn)生相應(yīng)電磁轉(zhuǎn)矩 ,實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的有效轉(zhuǎn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)按照勵(lì)磁方式來分 ,主要有永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) (PM)、反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) (VR)、混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) (HB)三類。隨著電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展 ,以單片機(jī)為控制器的步進(jìn)電機(jī)伺服控制系統(tǒng)因其性價(jià)比高、使用靈活、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。而電機(jī)本體、驅(qū)動(dòng)器和控制器是構(gòu)成步 進(jìn)電機(jī)伺服系統(tǒng)不可分割的三大組成部分。選擇性能優(yōu)良的驅(qū)動(dòng)電源對于充分發(fā)揮步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能是十分重要的。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速過程是通過調(diào)整驅(qū)動(dòng)脈沖頻率來實(shí)現(xiàn)的 ,而步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的位移量的多少由輸入脈沖數(shù)來決定 ,兩者呈正比例關(guān)系。 Stepping motor。 步進(jìn)電機(jī) 。為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)控制器的正確性和有效性，文章給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并且實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期效果相吻合。因此電機(jī)轉(zhuǎn)速控制是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的一個(gè)十分重要的控制環(huán)節(jié)，其性能的優(yōu)劣性對運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的性能起著重要作用。 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 四、設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排： 時(shí)間（迄止日期） 工 作 內(nèi) 容 下達(dá)任務(wù)書 ~ 完成開題報(bào)告 ~ 調(diào)查收集論文所需資料 ~ 完成摘要和目錄 ~ 改造設(shè)計(jì)方案的確定 ~ 完成 C語言 編程 ~ 完成硬件設(shè)計(jì) 初稿完成 提交論文 答辯 五、指導(dǎo)教師意見： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 六、系部意見： 系主任簽名： 年 月 日 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 目錄 TOC \o 13 \h \u 摘 要 .............................................................................. 1 Abstract................................................................................................................................ 2 第一章 前言 ...................................................................................................................... 3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的簡介 .................................................................................................. 3 步進(jìn)電機(jī)伺服控制的研究現(xiàn)狀 ................................................................................. 4 國外步進(jìn)電機(jī)伺服系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 ............................................................... 4 國內(nèi)步進(jìn)電機(jī)伺服系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 ............................................................... 5 步進(jìn)電機(jī)伺服控制目前存在的主要問題 ................................................................... 5 第二章 總體方案設(shè)計(jì)和步進(jìn)電機(jī)的 選擇 2. 1 兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作過程 ........................................................................ 8 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo) .......................................................................... 8 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu) ............................