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基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計-文庫吧資料

2025-06-28 16:11本頁面
  

【正文】 功耗系統(tǒng)、典型應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)芯片與其它CPU比較,功能雖然要強(qiáng)得多,但由于芯片結(jié)構(gòu)、引腳數(shù)目的限制,片內(nèi)ROM、RAM、I/O口等不能很多,在構(gòu)成實際的應(yīng)用系統(tǒng)時需要加以擴(kuò)展,以適應(yīng)不同的工作情況。圖25典型單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖 單片機(jī)在進(jìn)行實時控制和實時數(shù)據(jù)處理時,需要與外界交換信息。圖25中表示單片機(jī)的典型結(jié)構(gòu)圖?;蛘咴陔娐分写?lián)電阻,使L/R減少。圖24 不同頻率脈沖作用下電感電阻電路的電流波形要改善電機(jī)高速運行時的性能,有兩種辦法:提高電流上升速度 VA 和減小時間常數(shù) L/R。當(dāng)矩形波頻率上升達(dá)到某一臨界頻率,電流剛達(dá)到最大值就開始下降((b):矩形波頻率超過此臨界值后,繞組中的電流不能達(dá)到最大值 (c)。在 t=t:時刻,電路斷開與直流電壓源V的連接,并且短路,電路中的電流以初始速率一V/L開始下降,電流變化規(guī)律為:I(t)=VeR(tt1)/L/R不同頻率的矩形波電壓施加到該電路上,電流波形如圖32所示。圖23表明了一個電感一電阻電路的電氣特性。繞組線圈的電阻是電機(jī)溫升和電能損耗的主要因素。 步進(jìn)電機(jī)繞組的電氣特性 步進(jìn)電機(jī)各相繞組都是在鐵心上的銅線圈,電阻和電感是電機(jī)相繞組的兩個固有屬性,電機(jī)的性能和這兩個因素密切相關(guān)。功率驅(qū)動電路向步進(jìn)電機(jī)控制繞組輸入電流,使其勵磁形成空間旋轉(zhuǎn)磁場,驅(qū)動轉(zhuǎn)子運動。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器一旦接收到來自控制器的方向信號和步進(jìn)脈沖,控制電路就按預(yù)先設(shè)定的電機(jī)通電方式產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)各相勵磁繞組導(dǎo)通或截止信號??刂破鞯姆较蛐盘枦Q定步進(jìn)電機(jī)的順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)控制器發(fā)出步進(jìn)脈沖和方向信號,每發(fā)一個脈沖,步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一個步距角,即步進(jìn)一步。米P=2πfM/400(半步工作)其中f為每秒脈沖數(shù)(簡稱PPS) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)介紹 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)簡介步進(jìn)電機(jī)不能直接接到交直流電源上工作,而必須使用專用設(shè)備——,除與電機(jī)本身的性能有關(guān)外,也在很大程度上取決于驅(qū)動器的優(yōu)劣。n/60M力矩與功率換算步進(jìn)電機(jī)一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的,一般只用力矩來衡量,力矩與功率換算如下: P=一般情況下,靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的23倍內(nèi)好,靜力矩一旦選定,電機(jī)的機(jī)座及長度便能確定下來(幾何尺寸)。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。靜力矩的選擇步進(jìn)電機(jī)的動態(tài)力矩一下子很難確定,我們往往先確定電機(jī)的靜力矩。(五相電機(jī))、(二、四相電機(jī))、步距角的選擇電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求,將負(fù)載的最小分辨率(當(dāng)量)換算到電機(jī)軸上,每個當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度(包括減速)。步進(jìn)電機(jī)有步距角(涉及到相數(shù))、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛,它是PM和VR的復(fù)合產(chǎn)品,其轉(zhuǎn)子采用齒狀的稀土永磁材料,定子則為齒狀的突起結(jié)構(gòu)。混合式步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點。用轉(zhuǎn)子和定子之間的吸引和排斥力產(chǎn)生轉(zhuǎn)動,它的出力大,動態(tài)性能好,但步距角一般比較大。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成,定子上有多相勵磁繞組,利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,但動態(tài)性能相對較差。單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時序與波形分別如圖22所示:圖22 步進(jìn)電機(jī)工作時序波形圖 步進(jìn)電機(jī)的分類與選擇現(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。而0、3號齒和A、B相繞組產(chǎn)生錯齒,5號齒就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。四相步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)示意圖開始時,開關(guān)SB接通電源,SA、SC、SD斷開,B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號齒對齊,同時,轉(zhuǎn)子的4號齒就和C、D相繞組磁極產(chǎn)生錯齒,5號齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。圖1是該四相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理示意圖。如下所示的步進(jìn)電機(jī)為一四相步進(jìn)電機(jī),采用單極性直流電源供電。 步進(jìn)電機(jī)的工作原理步進(jìn)電機(jī)的工作就是步進(jìn)轉(zhuǎn)動,其功用是將脈沖電信號變換為相應(yīng)的角位移或是直線位移,就是給一個脈沖信號,電動機(jī)轉(zhuǎn)動一個角度或是前進(jìn)一步。步進(jìn)電動機(jī)以其顯著的特點,在數(shù)字化制造時代發(fā)揮著重大的用途。在有負(fù)載的情況下,啟動頻率應(yīng)更低。步進(jìn)電機(jī)低速時可以正常轉(zhuǎn)動,但若高于一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動時,電機(jī)各相繞組的電感將形成一個反向電動勢;頻率越高,反向電動勢越大。 步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會使電機(jī)的磁性材料退磁,從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步,因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點;一般來講,磁性材料的退磁點都在攝氏130度以上,有的甚至高達(dá)攝氏200度以上,所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏8090度完全正常。步進(jìn)電機(jī)的特征如下: 一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3%5%,且不積累。電機(jī)的共振點:運行矩頻特性:電機(jī)在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運行矩頻特性,這是電機(jī)諸多動態(tài)曲線中最重要的,也是電機(jī)選擇的根本依據(jù)。最大空載起動頻率:電機(jī)在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下,在不加負(fù)載的情況下,能夠直接起動的最大頻率。失步:電機(jī)運轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)的步數(shù),不等于理論上的步數(shù)。用百分比表示:誤差/步距角*100%。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),但過份采用減小氣隙,增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的,這樣會造成電機(jī)的發(fā)熱及機(jī)械噪音。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)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)運動時,電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。θ=360度(轉(zhuǎn)子齒數(shù)*運行拍數(shù)),以常規(guī)二、四相,轉(zhuǎn)子齒為50齒電機(jī)為例。拍數(shù):完成一個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)過一個齒距角所需脈沖數(shù),以四相電機(jī)為例,有四相四拍運行方式即ABBCCDDAAB,四相八拍運行方式即步進(jìn)電機(jī)的基本參數(shù): (一)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N、S磁場的激磁線圈對數(shù)。由于步進(jìn)電動機(jī)能直接接收數(shù)字量的輸入,所以特別適合于微機(jī)控制。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡單。在非超載的情況下,電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù),而不受負(fù)載變化的影響,即給電機(jī)加一個脈沖信號,電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個步距角。另外通過單片機(jī)實現(xiàn)它的正反轉(zhuǎn),步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī),利用其沒有積累誤差(精度為100%)的特點,廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量,從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的;同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度,從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制,在改革開放初期,國內(nèi)就已經(jīng)基本掌握,這與交流電動機(jī)的矢量控制相比,難度要低得多??偟膩碚f,步進(jìn)電機(jī)是一種簡易的開環(huán)控制,對運用者的要求低,不適合在大功率的場合使用。國外用許多現(xiàn)代的手段將步進(jìn)電機(jī)排擠出驅(qū)動應(yīng)用,除了前面提到的旋轉(zhuǎn)編碼器,打印機(jī)還使用光電編碼帶或感應(yīng)編碼帶配合直流電動機(jī),實現(xiàn)閉環(huán)直線位移控制。一些少數(shù)高級的應(yīng)用,就用空心轉(zhuǎn)杯電機(jī),交流電機(jī)。中國在文化大革命中已經(jīng)生產(chǎn)和應(yīng)用,例如江蘇、浙江、北京、南京、四川都生產(chǎn),而且都在各行業(yè)使用,驅(qū)動電路所有半導(dǎo)體器件都是完全國產(chǎn)化的,當(dāng)時是全分立元器件構(gòu)成的邏輯運算電路,還有電容耦合輸入的計數(shù)器,觸發(fā)器,環(huán)形分配器。隨著微電子和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,步進(jìn)電動機(jī)的需求量與日俱增,研制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器及其控制系統(tǒng)具有十分重要的意義。通過幾章內(nèi)容的描述,詳細(xì)介紹了本次畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容、方法、以及設(shè)計中遇到的問題和解決問題的途徑。 本次論文分為六章,序言簡要介紹了此次設(shè)計中有關(guān)步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動器的相關(guān)概念。主要通過三大塊來設(shè)計,包括驅(qū)動電路的設(shè)計、狀態(tài)顯示部分和按鍵部分是設(shè)計。隨著微電子和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)
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