【正文】 rol system plays an important role. In this paper, the design with the single chip processor as the core of stepping motor controller, and gives the detailed design process, including hardware design and software design. In order to verify the correctness and effectiveness of the designed controller, this paper gives the experimental results, and experimental results are in conformity with the expected effect.Keywords: Single chip microputer。 Speed control2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)論文第一章 前言步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為一種機(jī)電一體化執(zhí)行元件,在諸多領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用,如機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、激光加工、大規(guī)模集成電路制造、辦公自動(dòng)化設(shè)備等等。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性,不僅與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)本身的特性和負(fù)載有關(guān),而且與配套使用的驅(qū)動(dòng)電源(即驅(qū)動(dòng)電路)有著十分密切的關(guān)系。步進(jìn)電機(jī)伺服系統(tǒng),是指用來精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個(gè)過程的控制系統(tǒng)。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的本體確定后,系統(tǒng)的性能主要取決于驅(qū)動(dòng)器及控制器的優(yōu)劣。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為一種控制用的特種類型的電機(jī),可以將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的線位移量或角位移量來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。圖 永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖,永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由N極、S極相間的永磁體構(gòu)成。永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角范圍相對(duì)較寬泛,在7. 5度~18度之間。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一般具有很大的噪聲?；旌鲜讲竭M(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。,。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。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。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。`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)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(duì)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)。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(duì)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。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。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。20世紀(jì)70年代,迫于對(duì)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(shí)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(duì)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。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(duì)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。一些伺服廠家不得不選用國外的伺服系統(tǒng)。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。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: ,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。,以往的步進(jìn)電機(jī)伺服控制產(chǎn)品,僅針對(duì)某一具體型號(hào)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng),驅(qū)動(dòng)方法相對(duì)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。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,:,確定所選取的硬件器件,并設(shè)計(jì)符合要求的硬件電路。,實(shí)現(xiàn)C語言程序的調(diào)試與編譯工作。,制作硬件電路板實(shí)物,加載軟件程序。 研究路線圖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)包括步距角、精度、轉(zhuǎn)矩、響應(yīng)頻率、運(yùn)行頻率等。國產(chǎn)步進(jìn)、。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。定位轉(zhuǎn)矩即是在繞組未通入電信號(hào)時(shí),電磁轉(zhuǎn)矩的最大數(shù)值。 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。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。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由定子及轉(zhuǎn)子組成。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(duì)復(fù)雜。兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有A和B兩相控制繞組,用A與B表示兩相繞組通入正向電流,用A39。表示兩相繞組通入反向電流。 一 B39。 一 A39。 一 B39。當(dāng)定子各相控制繞組按照A — B — A39。 一 A順序通電,每改變一次通電狀態(tài),轉(zhuǎn)子沿方向轉(zhuǎn)過四分之一齒距,即360/(50X4)=。本研究選用42BYGH101型號(hào)的兩相永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為系統(tǒng)的主要執(zhí)行元件。此種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由定子及轉(zhuǎn)子組成。 42BYGH101型步進(jìn)電機(jī)外觀圖 42BYGm01型步進(jìn)電機(jī)參數(shù)步距角相數(shù)電壓/V電流/A功率/V靜轉(zhuǎn)矩/定位轉(zhuǎn)矩2伺服控制系?統(tǒng)是以位置、速度等為控制參數(shù)的系統(tǒng),是一種能夠跟蹤輸入給定信號(hào)并產(chǎn)生動(dòng)作,從而獲得準(zhǔn)確的位置、速度等輸出的自動(dòng)控制系統(tǒng)。液壓伺服系統(tǒng)是以液壓伺服閥作為核心元件,實(shí)現(xiàn)以小功率的電信號(hào)輸入,控制大功率的液壓能輸出的過程。電氣伺服系統(tǒng)是以伺服電機(jī)、反饋裝置和控制器組成的控制系統(tǒng)。直到八十年代的時(shí)候,伺服控制系統(tǒng)掀 了薪新的一頁,技術(shù)方面有了較大的突破,氣動(dòng)伺服系統(tǒng)已經(jīng)替代了以往的伺服控制系統(tǒng),成為時(shí)代發(fā)展的主流控制系統(tǒng)。隨著大量用戶需求的逐漸增多,伺服控制系統(tǒng)也在不斷更新控制方法,這產(chǎn)生了許多各式的配置方式。伺服控制系統(tǒng)主要應(yīng)用于半導(dǎo)體、數(shù)控機(jī)床、電子及通信設(shè)備制造業(yè)、數(shù)字化裝備制造業(yè)等方面。伺服系統(tǒng)的類型較多,按其系統(tǒng)的控制方式可作如下分類:開環(huán)式伺服系統(tǒng)、閉環(huán)式伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)式伺服系統(tǒng)。 。開環(huán)系統(tǒng)控制簡單,維護(hù)方便,但系統(tǒng)控制精度相對(duì)較低。這種伺服系統(tǒng)的定位ft度由測量元件的精度所決定。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。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。此種伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性較好,成本低廉,但精度相對(duì)不高。 系統(tǒng)組成框圖主控制模塊采用Atmel公司生產(chǎn)的八了AT89S51型號(hào)的單片機(jī)。主控制模塊的作用是控制驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)部的脈沖分配器(也稱環(huán)形分配器)將單路脈沖轉(zhuǎn)換成多相循環(huán)變化的脈沖,即有一路輸入,多路輸出。當(dāng)鍵盤按下時(shí),低電平有效,通過與門觸發(fā)單片機(jī)的外部中斷1與外部中斷2,實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)伺服控制器的運(yùn)轉(zhuǎn)工作,同時(shí)通過單片機(jī)的P1 、RW、E引腳發(fā)送指令,選擇數(shù)據(jù)寄存器或指令寄存器來進(jìn)行相應(yīng)的讀或?qū)懖僮?完成步進(jìn)電機(jī)伺服控制器的運(yùn)行狀態(tài)的顯示工作。 主控制模塊圖步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為一種特殊的執(zhí)行元件?；诓竭M(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。本課題中的L297芯片及 L298N芯片可實(shí)現(xiàn)兩相雙極性步進(jìn)電機(jī)或四相單極性步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制。L297與L298N芯片配合的優(yōu)點(diǎn)是需要的元件較少,從而使得裝配成本低,可靠性高和占空間少,并且,通過軟件程序進(jìn)行驅(qū)動(dòng)