步进转速控制电路毕业汇报资料.doc
《步进转速控制电路毕业汇报资料.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《步进转速控制电路毕业汇报资料.doc(13页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、-!题目:步进转速控制电路学校: 院系: 班别: 姓名: 学号: 指导老师: 摘要单片机实现的步进电机控制系统具有成本低、使用灵活的特点,广泛应用于数控机床、机器人,定量进给、工业自动控制以及各种可控的有定位要求的机械工具等应用领域。步进电机是数字控制电机,将脉冲信号转换成角位移,电机的转速、停止的位置取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,非超载状态下,根据上述线性关系,再加上步进电机只有周期性误差而无累积误差,因此步进电机适用于单片机控制。步进电机通过输入脉冲信号进行控制,即电机的总转动角度由输入脉冲总数决定,而电机的转速由脉冲信号频率决定。步进电机的驱动电路是根据单片机产生的
2、控制信号进行工作。因此,单片机通过向步进电机驱动电路发送控制信号就能实现对步进电机的控制。关键字:单片机,步进电机,转速。目录摘要.1第一章 步进电机的概述.21.1步进电机特点.41.2步进电机的工作原理.4 1.3步进电机的技术参数 .41.3.1步进电机的基本参数.4 1.3.2步进电机动态指标及术语.5 1.4步进电机的分类.5 1.4.1 步进电机分为三大类.51.4.2步进电机的内外结构.61.5 步进电机详细调速原理.6第二章 单片机的相关知识.62.1单片机简介.62.2单片机的发展.72.3单片机的特点. 72.4 单片机的应用.7第三章 控制系统的硬件设计.83.1步进电机
3、的选择.83.1.1步距角的选择.93.1.2静力矩的选择.93.1.3电流的选择.93.1.4力矩与功率换算.93.2步进电机的驱动电路设计.9 3.2.2 单片机模块.93.2.2键盘LED模块.103.2.3驱动放大模块.10第四章 控制系统的软件设计.114.1单片机程序.114.2 PC上位机模块.12 4.3系统检测.12第五章 结 论. 12参考文献. 13. 第一章 步进电机概述 1.1步进电机的特点:1) 一般步进电机的精度为步进角的3-5%,且不累积。2)步进电机外表允许的温度高。步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁,从而导致力矩下降乃至于失步,因此电机外表允许的最高
4、温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点;一般来讲,磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上,有的甚至高达摄氏200度以上,所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。3)步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时,电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势;频率越高,反向电动势越大。在它的作用下,电机随频率(或速度)的增大而相电流减小,从而导致力矩下降。4)步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。步进电机有一个技术参数:空载启动频率,即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率,如果脉冲频率高于该值,电机不能正常启动,可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下,启动
5、频率应更低。如果要使电机达到高速转动,脉冲频率应该有加速过程,即启动频率较低,然后按一定加速度升到所希望的高频(电机转速从低速升到高速)。 1.2步进电机的工作原理: 步进电机是一种用电脉冲进行控制 ,将电脉冲信号转换成相位移的电机 ,其机械位移和转速分别与输入电机绕组的脉冲个数和脉冲频率成正比 ,每一个脉冲信号可使步进电机旋转一个固定的角度.脉冲的数量决定了旋转的总角度 ,脉冲的频率决定了电机运转的速度.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
6、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。1.3步进电机的技术参数:1.3.1步进电机的基本参数1)空载启动频率:即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率,如果脉冲频率高于该值,电机不能正常启动,可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下,启动频率更低。如果要使电机达到高速转动,脉冲频率应该有加速过程,即启动频率较低,然后一定加速度升到所希望的高频(电机转速从低速升到高速)。2)电机固有步距角: 它表示控制系统每发一个步进脉冲信号,电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值,如86BYG250A型电机给出的值为0.9/1.8(表示半步工作时为0.9、整
7、步工作时为1.8),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。3)步进电机的相数: 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,一般二相电机的步距角为0.9/1.8、三相的 为0.75/1.5、五相的为0.36/0.72。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。4)保持转矩(HOLDINGTORQUE):是指步进电机通电但没有转动时,定子锁住转子的力矩。它
8、是步进电机最重要的参数之一,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,当人们说2N.m的步进电机,在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N.m的步进电机。 TC * MERGEFORMAT 1.3.2步进电机动态指标及术语:1)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。 2)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。
9、3)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。 4)最大空载起动频率: 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。 5)最大空载的运行频率: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。 6)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。7)电机的共振点: 步进电机均有固定的共振区域,二、四相感应子式步进电机的共振区一般在180-250pps之间(步距角1.8度)或在400pp
10、s左右(步距角为0.9度),电机驱动电压越高,电机电流越大,负载越轻,电机体积越小,则共振区向上偏移,反之亦然,为使电机输出电矩大,不失步和整个系统的噪音降低,一般工作点均应偏移共振区较多。 其它特性还有惯频特性、起动频率特性等。电机一旦选定,电机的静力矩确定而动态力矩却不然,电机的动态力矩取决于电机运行时的平均电流(而非静态流)平均电流越大,电机输出力矩越大,即电机的频率特性越硬。1.4步进电机的分类: 1.4.1 步进电机分为三大类 : 1)反应式步进电机(VAriABle ReluCtAnCe,简称 VR)反应式步进电机的转子是由软磁材料制成的,转子中没有绕组。它的结构简单,成本距角可以
11、做得很小,但动态性能较差。反应式步进电机有单段式和多段式两种类型。 2)永磁式步进电机(PermAnent MAgnet),简称 PM永磁式步进电机的转子是用永磁材料制成的,转子本身就是一个磁源。转子的极数和定子的极数相同,所以一般步进角比较大,它输出转矩大,动态性能好,消耗功率小(相比反应式),但启动运行频率较低,还需要正负脉冲供电。 3)混合式步进电机(HyBrid,简称 HB) 混合式步进电机综合了反应式和永磁式两者的优点。混合式与传统的反应式相比,结构上转子加有永磁体,以提供软磁材料的工作点,而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能,因此该电机效率高,电流小,发热低。因
12、永磁体的存在,该电机具有较强的反电势,其自身阻尼作用比较好,使其在运转过程中比较平稳、噪声低、低频振动小。这种电动机最初是作为一种低速驱动用的交流同步机设计的,后来发现如果各相绕组通以脉冲电流,这种电动机也能做步进增量运动。由于能够开环运行以及控制系统比较简单,因此这种电机在工业领域中得到广泛应用。 1.4.2步进电机的内外结构 步进电机转子均匀分布着很多小齿,定子齿有三个励磁绕阻,其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。0、1/3、2/3,(相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以表示),即A与齿1相对齐,B与齿2向右错开1/3,C与齿3向右错开2/3,A与齿5相对齐,(A就是A,齿5就是齿1)下面是定
13、转子的展开如图1-3所示: 图1-1 定子展开图 电动机定子铁心和一般电机一样由硅钢片叠成,铁心内孔表面有开口槽。转子装有一个轴向磁化永磁体用以产生一个单向磁场。永磁体产生的磁通,在每一个气隙圆周上都是单方向通过气隙的,这时作用在气隙中的磁势是同极性的,称为单极磁势。而转子包括两段,一段经永磁体磁化成N 极,另一段磁化为S 极,每段转子齿以一个齿距间隔均匀分布,但两段转子的齿相互错开1/2 个转子齿。1.5 步进电机详细调速原理:步进电机的调速一般是改变输入步进电机的脉冲的频率来实现步进电机的调速,因为步进电机每给一个脉冲就转动一个固定的角度,这样就可以通过控制步进电机的一个脉冲到下一个脉冲的
14、时间间隔来改变脉冲的频率,延时的长短来具体控制步进角来改变电机的转速,从而实现步进电的调速。具体的延时时间可以通过软件来实现。这就需要采用单片机对步进电机进行加减速控制,实际上就是改变输出脉冲的时间间隔,单片机控制步进电机加减法运转可实现的方法有软件和硬件两种 ,软件方法指的是依靠延时程序来改变脉冲输出的频率,其中延时的长短是动态的,软件法在电机控制中, 要不停地产生控制脉冲, 占用了大量的CPU 时间,使单片机无法同时进行其他工作;硬件方法是依靠单片机内部的定时器来实现的,在每次进入定时中断后,改变定时常数,从而升速时使脉冲频率逐渐增大,减速时使脉冲频率逐渐减小,这种方法占用CPU 时间较少
15、,在各种单片机中都能实现,是一种比较实用的调速方法。第二章 单片机的相关知识2.1 单片机简介单片机是一种集成在电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。2.2 单片机的发展将8位单片机的推出作为起点,单片机的发展历史大致可分为以下几个阶段 (1)第一阶段(1976-1978):单片机的控索阶段。以Intel公司的MCS 48为代表。MCS 48的推出是在工控领域
16、的控索,参与这一控索的公司还有Motorola 、Zilog等,都取得了满意的效果。这就是SCM的诞生年代,“单机片”一词即由此而来。 (2)第二阶段(1978-1982)单片机的完善阶段。Intel公司在MCS 48 基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS 51。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。 完善的外部总线。MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构,包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有很多机通信功能的串行通信接口。 CPU外围功能单元的集中管理模式。 体现工控特性的位地址空间及位操作方式。 指令系统趋于丰富和完善,并且增加了许多突出控制功能的指令
17、。 (3)第三阶段(1982-1990):8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段,也是单片机向微控制器发展的阶段。Intel公司推出的MCS 96系列单片机,将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中,体现了单片机的微控制器特征。随着MCS 51系列的广应用,许多电气厂商竞相使用80C51为内核,将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道A/D转换部件、可靠性技术等应用到单片机中,增强了外围电路路功能,强化了智 能控制的特征。(4)第四阶段(1990):微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用,出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 步进 转速 控制电路 毕业 汇报 资料
限制150内