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基于單片機的步進電機的運動控制系統課程畢業設計(編輯修改稿)

2025-08-14 18:19 本頁面

　

【文章內容簡介】 7 順序工作，這個通電順序稱為“相序”。轉子的主要結構是磁性轉軸，當定子中的繞組在相序信號作用下有規律的通電、斷電工作時，轉子周圍就會有一個按此規律變化的電磁場，因此一個按規律變化的電磁力就會作用在轉子上，轉子總是力圖轉動到磁阻最小的位置，正是這樣，使得轉子按一定的步距角轉動，使轉子發生轉動。步進電動機的工作狀態由控制信號實現，在步進電動機的單片機控制中，控制信號由單片機產生，其基本控制方式如下： 1．相序控制方式步進電動機的通電換相順序嚴格按照步進電動機的工作方式進行，通常我們是把通電換相這一過程稱為脈沖分配。現以三相步進電動機為例分析三相步進電動機的工作方式：三相步進電動機的工作方式有三種：三相單三拍，三相雙三拍，三相六拍。“單”、“雙”、“拍”的意思是：“單”指每次切換前后只有一相繞組通電，“雙”指的是每次有兩相繞組通電：而從一種通電狀態轉換到另一種通電狀態就叫作一“拍”。 (1) 三相六拍步進電動機的工作原理，其實就是電磁鐵的工作原理。又環形分配器送來的脈沖信號，對定子繞組輪流通電，設先對 A相繞組通電， B、 C、二相都不通電。由于磁通具有力圖沿磁阻最小路徑通過的特點，因此在 A極附近的轉子就只受到徑向力的作用而無切線力，故轉矩為零，轉子被鎖定在這個位置上。此時 B、 C 二相的定子齒則和轉子齒在不同的方向各錯丌 360。／ (k*m*z)的角度，其中 k 表示通電方式，當為單拍時取 k=1，雙拍時取 k=2； m 為定子繞組的相數； z為轉子的齒數。隨后 A相斷電， B相控制繞組通電，則轉子就和 B 相定予齒對齊，轉子順時針方向旋轉 360。／ (k*m*z)的角度。然后使 B 相斷電， C相通電，同理轉子又沿順時針方向旋轉 360。／ (k*m*z)的角度。轉子就按照 A—AB— BBC— C— CAA??的旋轉順序運動下去。 (2) 三相雙三拍工作方式原理當步進電動機按照 AB— BC— CA— AB??的順序通電，則就成了四相雙四拍工作方式。其工作原理與三相六拍相同，此處不進行詳細說明。 (3) 三相單三拍工作方式原理 8 8 當步進電動機按照 A— B— C— A— ?的順序通電時，則就成了三相單三拍工作方式。 2．轉向控制方式如果按給定的工作方式正向順序通電換相，步進電動機就正轉；如果按相反的順序通電換相，則電動機就反轉。例如，步進電動機先前的工作方式為 A— B— C— D— A?此時，步進電動機按順時針旋轉。若改為 A— D— C— B— A?時，則步進電動機的轉向與原來相反，即，逆時針旋轉。步進電動機工作時的通電控制脈沖，必須嚴格按照步進電動機所要求完成的工作方式進行順序控制。 “單”、“雙”、“拍”的意思是：“單”指每次切換前后只有一相繞組通電，“雙”指的是每次有兩相繞組通電：而從一種通電狀態轉換到另一種通電狀態就叫作一“拍”。 a=360。／ (k*m*z)的角度，其中 k 表示通電方式，當為單拍時取k=1，雙拍時取 k=2； m 為定子繞組的相數； z 為轉子的齒數。隨后 A 相斷電， B相控制繞組通電，則轉子就和 B 相定予齒對齊，轉子順時針方向旋轉 360。／(k*m*z)的角度。然后使 B相斷電， C相通電，同理轉子又沿順時針方向旋轉 360。／ (k*m*z)的角度。轉子就按照 A— B— C— D— A??的旋轉順序運動下去。步進電機是一種將電脈沖信號轉換成直線位移或角位移的控制微電機 ,其機械角位移和轉速分別與輸入電機繞組的脈沖個數和脈沖頻率成比例 .通過改變電脈沖頻率 ,可在大范圍內進行調速 .同時 ,該電機還能快速起動、制動、反轉和步進電機只需采用最簡單的開環控制就可取得非常高的控制精度，且這種系統不需要反饋信號，系統硬件實施比較簡單。三相步進電機的定子上有 6個極 ,轉子是 4個均勻分布的齒 ,電機的轉動是根據控制饒組與電源接通或開斷的變化頻率呈步進狀態 ,其轉向取決于通電相序 .在本系統中，主要采用三相電機三相單雙六拍 :aabbbcccaa??首先 a相通電 ,而后再接通 b相繞組 (這時 a 相不斷開 )即 ab 兩繞組同時通電。此后斷開 a相繞組 ,b相單獨通電 ,依此規律循環往復 .這種方式需經過 6個切換才能完成一個循環 .單相三拍方式的每一拍步進角為 3176。, 三相六拍的步進角則為 9 9 176。, 因此 ,在三相六拍下 ,步進電機的運行反轉平穩柔和 ,但在同樣的運行角度與速度下 ,三相六拍驅動脈沖的頻率需提高 1倍 ,對驅動開關管的開關特性要求較高。系統的總體設計框圖如圖 5所示 : 圖 5 系統的整體流程圖當步進電機驅動系統工作時，控制器首先檢測接收傳感器信號，進行換算成需要的檢測量，并將之與設定值進行比較，得出其差值，并根據程序的設定轉化為步進電機的步進脈沖。從而通過單片機控制的驅動器來驅動步進電機，從而帶動絲杠傳動系統，進而控制液氮液面升降系統的運動，完成一個循環控制過程。步進電機的驅動電路如圖 6所示，采用單片機 AT89C51來驅動， AT89C51具有8k 字節 flash 閃速存儲器， 256字節內部 r

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