文档介绍：单片机课程设计
题目:步进电机控制系统的设计
编号:
姓名:
年月日
摘要
能够实现步进电机控制的方式有多种,可以采用前期的模拟电路、数字电路或模拟与数字电路相结合的方式。近年来随着科技的飞速发展,单片机的应用正在不断深入,同时带动传统控制检测日新月异更新。本文介绍一种用MCS-51作为核心部件进行逻辑控制及信号产生的单片机技术和汇编语言编程设计的步进电机控制系统,步进电机背景与现状、硬件设计、软件设计及其仿真都做了详细的介绍,使我们不仅对步进电机的原理有了深入的了解,也对单片机的设计研发过程有了更加深刻的体会。
本控制系统采用单片机控制,通过人为按动开关实现步进电机的开关,复位。该系统还增加了步进电机的加速及减速功能。具有灵活方便、适用范围广的特点,基本能够满足实践需求。
关键字:步进电机单片机
第一章绪论
关于步进电机
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度,称为“步距角”,它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。
步进电机的相关参数:
相数
产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数,是指电机内部的线圈组数,目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同,其步距角也不同,°/°、°/°、°/° 。在没有细分驱动器时,用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器,则‘相数’将变得没有意义,用户只需在驱动器上改变细分数,就可以改变步距角。目前应用最广泛的是两相和四相,四相电机一般用作两相,五相的成本较高。
拍数
完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示,或指电机转过一个齿距角所需脉冲数,以四相电机为例,有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB,四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.
固有步距角
对应一个脉冲信号,电机转子转过的角位移用θ表示。θ=360度(转子齿数J*运行拍数),以常规二、四相,转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为θ=360度/(50*4)=(俗称整步),八拍运行时步距角为θ=360度/(50*8)=(俗称半步)。这个步距角可以称之为‘电机固有步距角’,它不一定是电机实际工作时的真正步距角,真正的步距角和驱动器有关。
定位转矩
电机在不通电状态下,电机转子自身的锁定力矩(由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的),DETENT TORQUE 在国内没有统一的翻译方式,容易使大家产生误解;由于反应式步进电机的转子不是永磁材料,所以它没有DETENT TORQUE。
最大静转矩
也叫保持转矩(HOLDING TORQUE),电机在额定静态电作用下(通电),电机不作旋转运动时,电机转轴的锁定力矩,即定子锁住转子的力矩。此力矩是衡量电机体积(几何尺寸)的标准,与驱动电压及驱动电源等无关。通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减,输出功率也随速度的增大而变化,所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。比如,,。
步距角精度
步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。用百分比表示:误差/步距角*100%。不同运行拍数其值不同,四拍运行时应在5%之内,八拍运行时应在15%以内。
失步
电机运转时运转的步数,不等于理论上的步数。称之为失步。
失调角
转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度,电机运转必存在失调角,由失调角产生的误差,采用细分驱动是不能解决的。
最大空载启动频率
电机在某种驱动形式、电压及额定电流下,在不加负载的情况下,能够直接起动的最大频率。
最大空载运行频率
电机在某种驱动形式,电压及额定电流下,电机不带负载的最高转速频率。
运行矩频特性
电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线称为运行矩频特性,这是电机诸多动态曲线中最重要的,也是电机选择的根本依据。

第二章元器件的介绍

步进电机是数字控制电机,它将脉冲信号转变成角位移,即给一个脉冲信号,步进电机就转动一个角度,因此非常适合于单片机控制。步进电机区别于其他控制电机的最大特点是:它是通过输入脉冲信号来进行控制的,即