文档介绍：中北大学
课程设计任务书
2012/2013学年第一学期
学院:
信息与通信工程学院
专业:
自动化
学生姓名:
学号:
09050542
课程设计题目:
三相单三拍步进电机控制系统设计
起迄日期:
2013年1 月7日~2013年1 月18日
课程设计地点:
中北大学
指导教师:
张艳兵张秀艳
系主任:
王忠庆
下达任务书日期: 2013 年 1 月 7日
课程设计任务书
:
设计一个计算机步进电机程序控制系统,可以对步进电机的转速、转向以及位置进行控制。通过设计,掌握步进电机的工作原理、掌握步进电机控制系统的设计原理、设计步骤,进一步提高综合运用知识的能力。
(包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等):
选择步进电机,设计接口电路和驱动电路,对步进电机进行控制。
选择控制算法,编写控制程序,实现三相步进电机在单三拍工作方式下先正转180度,然后再反转120度,要求其速度可调,转向可控。
写出设计说明书。
3. 设计工作任务及工作量的要求(包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等):
(1)查阅资料,确定设计方案
(2)选择器件,设计硬件电路,并画出原理图和PCB图
(3)画出流程图,编写控制程序
(4)撰写课程设计说明书
课程设计任务书
:
,:国防工业出版社,
:
课程设计说明书1份
原理图和PCB图各1份
程序清单1份
:
起迄日期
工作内容
2013年1月 07日~ 1月08日
1月O9日~ 1月11日
1月12日~ 1月14日
1月15日~ 1月16日
1月17日~ 1月18日
查阅资料,确定设计方案
设计硬件电路
画出流程图,编写控制程序
撰写课程设计说明书
课程设计答辩
系主任审查意见:
签字:
年月日
一、步进电机的原理
步进电动机作为执行元件,是机电一体化的关键产品,广泛的应用于,各种自动化控制系统中。进步电机是一种将脉冲信号变换成相应的角位移(或线性位移)的电磁装置,是一种特殊的电动机。步进电动机由于精确性以及其良好的性能,其组成的开环系统既简单、廉价,又非常可行,因此在打印机等办公自动化设备以及各种控制装置等众多领域有着极其广泛的应用。
三相反应式步进电机的结构如图所示。与其他电机一样,进步电机由定子和转子两大部分组成。定子上共有6个等分的磁极,这些磁极平均分布于定子的圆周上,相对的磁极为一组,共有三组(A组、B组、C组),每个磁极有一个齿,所以三项进步电机上有3对磁极共6个齿。
三相进步电机工作原理示意图
当电机运行时,首先给A相施加一定宽度的脉冲电压,B相、C相均不通电,这时,A相磁极和转子的1、3号齿对齐,同时转子的2、4号齿和B、C相磁极形成错齿状态。在下一时刻,将A相断电,C相保持不通电状态,同时在B相施加与前一时刻A相脉冲电压宽度相同的电压。这时由于B相绕组和转子的2、4号齿之间的磁力线作用,使转子的2、4号齿和B组磁极对齐,则转子的1、3号齿和A、C相绕组磁极形成错齿状态,电机转子旋转过一个角度。随之将B相断电,A相保持前一时刻的不通电状态,C相加脉冲,由于C相转子和绕组的1、3号齿之间的磁力线作用,使转子的1、3号齿和C相磁极对齐,则转子的2、4号齿和A、B相绕组形成错齿状态,电机转子又转过过一个角度。在将C相断电,B相保持断电状态,A相加脉冲,又回到前两个状态,这时转子移动了一个齿距角。如此往复,就可以使电机不停地转动。
进步电机每改变一次通电方式,称为一拍。每一拍执行一次步进,转子旋转过的角度就称为步距角。对进步电机的各相绕组轮流通电一次称为一个周期。每个周期,转子转动一个齿距的位置,所旋转角度称为齿距角。
在一个通电周期内,该三相进步电机旋转过一个齿距角,需要三拍。其转子有四个齿,旋转一周,需要4个通电周期,所以齿距角为90度,步距角为30度。
如果进步电机转子齿数为,其齿距角就可以表示为:
进步电机的转子一个齿距角需要N拍,每拍旋转过的角度,即步距角θ就可以表示成为:
进步电机三相单三拍的工作方式
通过改变进步电机的通电相序,就可以改变进步电机的转向。在三相单三拍的工作方式中,每次只有一相绕组通电。进步电机正向转动时,其通电相序为A-B-C-A,不断循环下去,进步电机就会一直正转,各相通电电压波形如图。
进步电机反向转动时,其通电相序是C-B-A-C,不断循环下去,进步电机就会一直反转下去。
三相单三拍进步电机正转时各相通电的电压波形
三、进步电机程序控制原理
典