步進(jìn)電機(jī)畢業(yè)論文小型四相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)-在線瀏覽
2025-08-08 08:24本頁面
【正文】 出了整體控制系統(tǒng)的硬件電路圖。 大多控制系統(tǒng)中的步進(jìn)電機(jī)升降速控制一般不考慮電機(jī)及負(fù)載的個(gè)性統(tǒng)一采用慢速直線升頻，這樣不僅使電機(jī)的轉(zhuǎn)矩性能不能夠很好的發(fā)揮，而 2 且加長了步進(jìn)電機(jī)的升降時(shí)間，降低了加工效率。使步進(jìn)電機(jī)在最短的時(shí)間內(nèi)以較大的輸出轉(zhuǎn)矩升到設(shè)定 的速度，從而提高加工效率。 步進(jìn)電機(jī)工作原理及分類 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)。您可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)您可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。從步進(jìn)電機(jī)的矩 頻特性可知，啟動(dòng)頻率越高，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩越小，帶動(dòng)負(fù)載的能力越差。本文根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)力學(xué)方程和矩 頻特性曲線建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，采用指數(shù)規(guī)律的升降速算法，對升降速的過程進(jìn)行離散處理，用定時(shí)器控制發(fā)出脈沖的時(shí)間間隔，采用查表和計(jì)算相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)的升降速過程的控制。 常見的步進(jìn)電機(jī)分三種：永磁式（ PM），反應(yīng)式（ VR）和混合式（ HB），永磁式步進(jìn)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)式步進(jìn)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。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。 3 此外，按照電機(jī)驅(qū)動(dòng)架構(gòu)又可分為單極性和雙極性步進(jìn)電機(jī)。這類電機(jī)有時(shí)又稱為四相電機(jī)，但這種稱呼容易令人混淆又不正確，因?yàn)樗鋵?shí)只有兩個(gè)相位，精確的說法應(yīng)是雙相位六線式步進(jìn)電機(jī)。 雙極性步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路使用八顆晶體管來驅(qū)動(dòng)兩組相位。雙極性步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的晶體管 數(shù)目是單極性驅(qū)動(dòng)電路的兩倍，其中四顆下端晶體管通常是由微控制器直接驅(qū)動(dòng)，上端晶體管則需要成本較高的上端驅(qū)動(dòng)電路。 167。 靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語 相數(shù) ： 產(chǎn)生不同對磁極 N、 S 磁場的勵(lì)磁線圈對數(shù)。電機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不同。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。 167。用百分比表示：誤差 /步距角 *100%。 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)。 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。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的組成 使用、控制步進(jìn)電機(jī)必須由環(huán)形脈沖，功率放大等組成的控制系統(tǒng)，其方框圖如 11 所示 ： 圖 11 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制 脈沖信號一般由單片機(jī)或 CPU 產(chǎn)生，脈沖的數(shù)量決定旋轉(zhuǎn)的總角度，脈沖的頻率決定旋轉(zhuǎn)的速度。 常見 感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)以二、四相電機(jī)為主，二相電機(jī)工作方式有二相四拍和二相八拍二種，具體分配如下：二相四拍為 AB A B A B AB AB，步距角為 度；二相八拍 為 ABB A B A A B B AB AAB，步距角為 度。 功率放大是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最為重要的部分。平 負(fù)載 脈沖信號 信號分配 功率放大 步進(jìn)電機(jī) 5 均電流越大電機(jī)力矩越大，要達(dá)到平均電流大這就需要驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)盡量克服電機(jī)的反電勢。步進(jìn)電機(jī)一經(jīng)定型，其性能取決于電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源。 電壓對力矩影響如 圖 12 所示 ： 圖 12 電壓對力矩的影響 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。 本次設(shè)計(jì)選用 35BY48S03型步進(jìn)電機(jī)。 35BY48S03 型步進(jìn)電機(jī)主要參數(shù)如下： 步距角 ： 176。 m 定位轉(zhuǎn)距 ： 65N㎡ 有了這些參數(shù)， 可以 設(shè)計(jì)出控制電路 . 6 167。步進(jìn)電機(jī)在這種應(yīng)用場合下最大的優(yōu)勢是：可以開環(huán)方式控制而無需反饋就能對位置和速度進(jìn)行控制。如果勵(lì)磁頻率選擇不當(dāng)，電機(jī)不能夠移到新的位置，那么實(shí)際的負(fù)載位置相對控制器所期待的位置出現(xiàn)永久誤差，即發(fā)生失步現(xiàn)象或過沖現(xiàn)象。 步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件的一個(gè)顯著特點(diǎn)是速度啟停能力，若符合 不超過步進(jìn)電機(jī)所提供的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩值，就能迅速是步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)或停止，一般步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)速度為 100～ 1000 步 /秒，如果步進(jìn)電機(jī)是以逐漸加速到最大值然后逐漸減速到零的方式工作，其速度可增加到 28 倍，而不失步。這樣步進(jìn)電機(jī)就可以很快的走完全程且不失步。一般情況下，系統(tǒng)的極限啟動(dòng)頻率比較低，而要求的運(yùn)行速度往往比較高。系統(tǒng)運(yùn)行起來以后，如果達(dá)到終點(diǎn)時(shí)立即停止發(fā)送脈沖串，令其立即停止，則由于系統(tǒng)慣性作用，電機(jī)轉(zhuǎn)子會轉(zhuǎn)過平衡位置，如果負(fù)載的慣性很大，會使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到接近終點(diǎn)平衡位置的下一個(gè)平衡位置，并在該位置停下。且步進(jìn)電機(jī)在啟動(dòng) 時(shí)，由于其靜態(tài)慣性大，需以較小的加速升頻，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)越來越快時(shí)，其運(yùn)動(dòng)慣性逐漸增大，可以較大的加速度升頻。同理降頻時(shí)應(yīng)為反指數(shù)曲線。而且隨著系統(tǒng)使用的時(shí)間越來越長，元器件會發(fā)生變值，造成電機(jī)升降頻在的阻尼。軟件控制比硬件來說，具有運(yùn)行可靠，改動(dòng)方便的特點(diǎn)，而且可以降低成本。 圖 13 步進(jìn)電機(jī)升降頻運(yùn)行曲線 8 第 2 章 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路 本文采用目前國內(nèi)比較常用的單片機(jī)用與整個(gè)回路的控制，單片機(jī)選用51 系列的 AT89C51 芯 片，芯片及其外圍時(shí)鐘電路和復(fù)位電路組成單片機(jī)最小系統(tǒng)，按鍵 SW1SW4 做為輸入控制， ULN2021 做為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器件。 單片機(jī)及其外圍電路介紹 167。 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓 ，高性能 CMOS8 位微處理器， 在本次設(shè)計(jì)中不需要外擴(kuò)存儲器 。 目前，可用于 MCS51 系列單片機(jī)開發(fā)的硬件越來越多，與其配套的各類開發(fā)系統(tǒng)、各種軟件也日趨完善，因此，可以極方便地利用現(xiàn)有資源，開發(fā)出用于不同目的的各類應(yīng)用系統(tǒng) 。 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖如圖 22 所示： 圖 22 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖 管腳說明： P0 口： P0口為一個(gè) 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。本次設(shè)計(jì)中， P0 口作為鍵盤 輸入口。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1
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