基于proteus的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)-展示頁(yè)
2025-07-02 22:03本頁(yè)面
【正文】 以達(dá)到N*102KHz， 以超過(guò)最高啟動(dòng)頻率的頻率直接啟動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)和失步的現(xiàn)象。電機(jī)的啟動(dòng)頻率、停止頻率 和輸出轉(zhuǎn)矩都要和負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相適應(yīng)，有了這些數(shù)據(jù)，才能有效地對(duì)電機(jī)進(jìn) 行加減速控制。在一個(gè) 實(shí)際的控制系統(tǒng)中，要根據(jù)負(fù)載的情況來(lái)選擇步進(jìn)電機(jī)。理想的加速曲線一般為指數(shù)曲 線，步進(jìn)電機(jī)整個(gè)降速過(guò)程頻率變化規(guī)律是整個(gè)加速過(guò)程頻率變化規(guī)律的逆過(guò)程。 （5）步進(jìn)電機(jī)的加減速控制在步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果信號(hào)變化太快，步進(jìn)電機(jī)由于慣性跟不上電信號(hào)的變化，這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)和失步現(xiàn)象。為了使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，減小 振動(dòng)，可在步進(jìn)電機(jī)控制脈沖的上升沿和下降沿采用細(xì)分的梯形波，可以減小步 進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角，跳過(guò)電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性。調(diào)整送給步進(jìn)電機(jī)的脈沖頻率， 就可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)試。 （3） 步進(jìn)電機(jī)的速度控制 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。如果按反序通電換相，A→AC→C→CB→B→BA→A，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。 （2） 步進(jìn)電機(jī)的換向控制 如果給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)。例如，三相步進(jìn)電機(jī)在單三拍的工作方式 下，其各相通電順序?yàn)?A→B→C→A，通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別 控制 A、B、C 相的通斷。功率放大器主要 對(duì)環(huán)形分配器的較小輸出信號(hào)進(jìn)行放大，以達(dá)到驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的目的，步進(jìn)電機(jī) 的基本控制包括轉(zhuǎn)向控制和速度控制兩個(gè)方面。 一、步進(jìn)電機(jī)原理、控制技術(shù)及其特點(diǎn)由于步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線或角位移的執(zhí)行元件，它不能直接接到交直流電源上，而必須使用專業(yè)設(shè)備….步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器，典型步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的控制器可以發(fā)出脈沖頻率從幾赫茲到幾千赫茲可以連 續(xù)變化的脈沖信號(hào)，它為環(huán)形分配器提供脈沖序列，環(huán)形分配器的主要功能是把 來(lái)自控制環(huán)節(jié)的脈沖序列按一定的規(guī)律分配后，經(jīng)過(guò)功率放大器的放大加到步進(jìn) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的各項(xiàng)輸入端，以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，環(huán)形分配器主要有兩大類： 一類是用計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)的方法實(shí)現(xiàn)環(huán)形分配器要求的功能，通常稱軟環(huán)形分配器。 此外作為執(zhí)行元件，步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，被廣泛應(yīng)用在各種 自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，它的需要量與日俱增，在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。為實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)在 數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩個(gè)外部中斷，以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)在某段時(shí)間內(nèi)的 反復(fù)正反轉(zhuǎn)功能，也即數(shù)控機(jī)床的刀架自動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，隨著單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā) 展，單片機(jī)在日用電子產(chǎn)品中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，自六十年代初期以來(lái)，步進(jìn)電 機(jī)的應(yīng)用得到很大的提高。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 《基于Proteus的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)》 專業(yè)及班級(jí) ______ 09自動(dòng)化（1）班 _________ 姓 名_____ 吳紅 田坤 王林 指導(dǎo) 老師_______ 丁 健______________ 完成 時(shí)間_______ _ 2012617__________________ 基于protues的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要：步進(jìn)電機(jī)是一種進(jìn)行精確步進(jìn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)電執(zhí)行元件，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)械 的數(shù)字控制，為使系統(tǒng)的可靠性、通用性、可維護(hù)性以及性價(jià)比最優(yōu)，根據(jù)控制 系統(tǒng)功能要求及步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用環(huán)境，確定了設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件和軟件的功能劃分，從 而實(shí)現(xiàn)了基于8051單片機(jī)的四相步進(jìn)電機(jī)的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)通過(guò)單片機(jī) 存儲(chǔ)器、I/O接口、中斷、鍵盤、LED顯示器的擴(kuò)展、步進(jìn)電機(jī)的環(huán)形分頻器、驅(qū) 動(dòng)及保護(hù)電路、人機(jī)接口電路、中斷系統(tǒng)及復(fù)位電路、單電壓驅(qū)動(dòng)電路等的設(shè)計(jì)， 實(shí)現(xiàn)了四相步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，急停等功能。人們用它來(lái)驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘和其他采用指針的儀器，打印機(jī)、 繪圖儀，磁盤光盤驅(qū)動(dòng)器、各種自動(dòng)控制閥、各種工具，還有機(jī)器人等機(jī)械裝置。步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電數(shù)字控制系統(tǒng)中常用的執(zhí)行元件，由于其精度高、體積小、控制方便靈活，因此在智能儀表和位置控制中得到了廣 泛的應(yīng)用，大規(guī)模集成電路的發(fā)展以及單片機(jī)技術(shù)的迅速普及，為設(shè)計(jì)功能強(qiáng)，價(jià)格低的步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器提供了先進(jìn)的技術(shù)和充足的資源。另一類是用硬件構(gòu)成的環(huán)形分配器，通常稱硬環(huán)形分配器。從結(jié)構(gòu)上看，步進(jìn)電機(jī)分為三相單三拍、三相雙三拍和三相六拍3種，其基本原理如下： （1） 換相順序的控制 通電換相這一過(guò)程稱為脈沖分配。三相雙三拍的通電順序?yàn)?AB→BC→CA→AB，三相六 拍的通電順序?yàn)锳→AB→B→BC→C→CA→A。若步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁方式為 三相六拍，即 A→AB→B→BC→C→CA→A。其他方式情況類似。兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。 （4） 步進(jìn)電機(jī)的起?？刂?步進(jìn)電機(jī)由于其電氣特性，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)有步進(jìn)感。在步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)，為了防止因慣性 而使電機(jī)軸產(chǎn)生順滑，則需采用合適的鎖定波形，產(chǎn)生鎖定磁力矩，鎖定步進(jìn)電 機(jī)的轉(zhuǎn)軸，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。所有步進(jìn)電機(jī)在啟動(dòng) 時(shí)，必須有加速過(guò)程，在停止時(shí)波形有減速過(guò)程。 選定的曲線比較符合步進(jìn)電機(jī)升降過(guò)程的運(yùn)行規(guī)律，能充分利用步進(jìn)電機(jī)的有效 轉(zhuǎn)矩，快速響應(yīng)性好，縮短了升降速的時(shí)間，并可防止失步和過(guò)沖現(xiàn)象。步進(jìn)電機(jī)能響應(yīng)而不失 步的最高步進(jìn)頻率稱為“啟動(dòng)頻率”，于此類似“停止頻率”是指系統(tǒng)控制信號(hào)突 然關(guān)斷，步進(jìn)電機(jī)不沖過(guò)目標(biāo)位置的最高步進(jìn)頻率。加速過(guò)程有突然施加的脈沖啟動(dòng)頻率 f0。 （6） 步進(jìn)電機(jī)的換向控制 步進(jìn)電機(jī)換向時(shí)，一定要在電機(jī)降速停止或降到突跳頻率范圍之內(nèi)在換向， 以免產(chǎn)生較大的沖擊而損壞電機(jī)。對(duì)于脈沖的設(shè)計(jì)主要要求其有一定 的脈沖寬度、脈沖序列的均勻度及高低電平方式。步進(jìn)電機(jī)有如下特點(diǎn)： ① 步進(jìn)電機(jī)的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比，因此當(dāng)它轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)后，沒(méi)有累計(jì)誤差，具有良好的跟隨性。同時(shí)，它也可以有角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。 ④ 速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，低速下仍能保證獲得很大的轉(zhuǎn)矩，因此一般可以不用減速器而直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。 ⑥ 步進(jìn)電機(jī)自身的噪聲和振動(dòng)比較大，帶慣
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