步进电机单片机控制系统设计硬件文献开题论文

步进电机单片机控制系统设计硬件文献开题论文内容摘要：

在功放管的基极，就可得到细分控制所需的阶梯电流 [12]。 具体讲，单片机产生数字脉宽调制信号 VP 驱动功放 管， 16 功放级是单电压开关电路，当脉宽调制信号的脉宽较大时，产生阶梯边沿，即脉宽 Ts；当脉宽较小时，产生平均电流 ia，只要占空比 TH/(TH+TL)恰当，就可使电流保持在稳定的平均值上。 数字脉宽调制细分控制功率放大电路 (图 2)。 其中， Ts 确定电流阶梯波的边沿， TH 和 TL 确定电流阶梯波顶波平均值，因此阶梯波和稳定平均电流的关键取决于 TS、 TH 和 TL 的取值大小。 只要在功放管的基极连续输入脉冲序列，脉宽为 TH ,周期为 TH +TL,那么必定在电机绕组中产生稳定值为 la 的平均电流，如果脉冲周期足够 小，波动量△ Ia就会很小。 这种细分控制的特点是功率管工作在开关状态，功耗小，效率高， 但必须指出的是需要充分考虑续流二极管的压降和内阻 [13]。 (3)恒频脉冲调宽细分功率放大电路 恒频脉冲调宽细分功率放大电路 (图 4)在本质上是斩波型恒频脉宽调制方法和可变细分控制相结合的一种方法。 其基本思想为利用可变细分控制原理控制功放管产生阶梯电流，利用恒频脉宽调制原理控制电流的波顶使之平稳。 恒频脉冲调宽细分功率放大电路原理图 (图 3)。 恒频脉冲调宽细分功率放大电路稳流工作原理：单片机首先通 过 I/O 口将控制产生阶梯电压的数据送入 D/A 转换器， D/A 转换器经过转换输出阶梯电压Vin，当单片机定时器产生的 20kHZ 时钟信号方波 CLK 上升沿到来时， D 触发发器置“ 1”输出高电平，使 T1， T2 导通，绕组 L 中电流 iL 上升，当绕组电流大到一定程度，通过绕组电流采样电阻 Re 获得的采样电压 Ve 就会大于 Vin,比较器经 0P 输出低电平对触发器清零。 D 触发器清零后输出低电平，使 T1， T2 截止，绕组电流 iL 过内阻、 R L，二极管 D、泄放电阻 R 及电容 C2 进行泄放，绕组电流 iL 下降。 当下一个时钟信号 CLK 的上升沿到来之前， 如果电流 iL 下降使 VeVin，比较器 OP 输出高电平，取消 D 触发器清零信号， CLK 的上升沿到来时使 D 触发器置“ 1”输出高电平，绕组电流上升。 上述过程不断重复，由于时钟 CLK 脉冲频率很高，达 20kHZ，使绕组中的电流保持一个波动范围很小的稳定值。 17 图 2 可变细分控制功率放大电路 图 3 数字脉宽调制细分控制功率放大电路 图 4 恒频脉冲调宽细分功率放大电路 由于恒频脉宽调制细分控制利用了可变细分和数字脉宽调制的特点，在实际中也避免了可变细分的功放管工作在线性区引起的效率低的 缺陷，同时避免了数字脉宽调制时对阶梯电流的上升时间、下降时问、稳流脉宽以及稳流脉冲周期的计算问题。 另外，恒频脉宽调制细分控制中恒频脉冲时钟信号同时用于各相绕组控制，避免了产生差拍现象，消除了噪声 [14]。 利用单片机作为控制核心部件，使系统具有极大的灵活性，不但可以随意改变恒频脉冲的频率，而且可以改变细分数，满足不同的需要。 五、预期研究效果 性能目标 采用了细分之后，不但使步距角减小，提高了步进电动机的分辨率，而且 18 在主要的性能方面也有大大的改善，比如使最高空载起动频率提高了，矩频特性提高了， 基本上是消除了步进电动机在低频的振荡现象，提高了运行的平稳性能。 本系统在细分方案上采用 恒频脉宽调制比常见的直流电压斩波驱动器具有明显的优越性，不仅能够显著改善低频稳定性和高频矩频特性，而且能够有效地利用能量。 该驱动器具有良好的适应性、稳定性、可靠性以及自保护能力。 按键功能：当 按下启动键，电机旋转并使 A 相与转子对齐；按下正转，速度增加到额定速度，并顺时针旋转；按下反转键，电机逆时针旋转；按下停止键，电机停转，并使 A 相与转子对齐。 但由于步进电机绕组都是感性绕组，在电机转子转动的过程中，原本不应通电的相，由于互 感作用也存在一定的电流，即感应电势。 另外，即使是通电相，由于电路中存在电感，也会产生反电势，阻止绕组电流的上升或下降。 感应电势和反电势的存在使细分后的步距角均匀性变差。 应用前景 步进电机具有定位精度高、惯性小、启动性能好、价格低廉、易于控制、无积累误差和计算机接口方便等优点 [15]，故广泛应用于数控机床、纺织机械、包装机械、印刷机械、电火花加工、仪器仪表、医疗设备、舞台灯光、智能家电及办公自动化 [16]。 网上资料报道，每年国内步进电机的销售额为 3～ 5亿元人民币。 开发高精度的步进电机驱动电路可使步进电 动机步距细化、分辨率有所提高，振动、噪声和转矩波动问题得到很大改善，运转更为平稳，使步进电动机在高级控制系统中获得更大的竞争力。 六、研究工作计划 起止时间 内容 文献阅读、综述报告 开题报告、外文翻译 开题答辩 19 系统方案设计 硬件总体方案设计 各部分硬件设计 系统调试 论文撰写 论文评阅 论文答辩 参考文献： [1]潘新民 .微型计算机控制技术 [M].机 械工业出版社 ,1999:203~214. [2]陈隆昌 ,阎治安等 .控制电机 [M].西安 :西安电子科技大学出版社 ,2020:131~145. [3]Jufer M, stepping motors 25 years of development[J].proe of IMCSD 25th annual SylllPosium,1996:307~31. [4]王宗培 ,步进电动机的发展及建议 [J].微电机 ,2020,37(4):47~49. [5]Jacob Tal,Bert Motor Control[M]. Motion Control Seminars,1983:8~12. [6]易长松 .新型三相混合式步进电机驱动器 [J].机电一体化 ,2020,(6):30~33. [7] and stepping motors and drives,POWER ENGINEERING JOURNAL FEBRUARY,2020,(3):25~30. [8]王浮海 ,史敬灼 ,徐殿国 .二相混合式步进电动机 SPWM 细分驱动 [J].微特电机 , 2020,30(6):13~14. [9]周明安，朱光忠，宋晓华等 .步进电机驱动技术发展及现状 [J].机电工程技术 , 2020,34(2):16~17. [10]伊泽曼 ,Isermann,盛国华 .数字控制 系统 [M].北京 :化学工业出版 社出版 , 1986:214~219. [11]华蕊 著 .步 进电机 细分驱 动技术 综述 [J].大学 学报佛 山科 学技术 学院学报 ,1999,(3):50~54. [12] 阮健著 . 电液 ( 气 )直 接 数 字 控 制 技 术 [M]. 浙江 : 浙 江 大 学 出 版 社 出版 ,2020:157~163. [13]董玉红 .数控技术 [M].北京 :高等教育出版社 ,2020:14~16. [14]林成武 .步进电机微步驱动分析 [J].沈阳工业大学学报 .1996,(3):1~4. [15]王鸿枉 .步进电机控制技 术入门 [M].上海 :同济大学出版社 ,1990:71~92. [16]陈理壁 .步进电机及其应用 [M].上海 :上海科学技术出版社 ,1989:56~61. 20 外 文 翻 译 毕业设计 题目： 步进电机单片机控制系统设计（硬件） 原文 1： Linear stepper motor theory and application of brief introduction 译文 1： 直线步进电机原理和应用简介 原文 2： Dormancy of the onechip puterrestore to the throne in the operation way and improve anti interference ability 译文 2： 单片机休眠 复位运行方式提高抗干扰能力 21 Linear stepper motor theory and application of brief introduction The linear stepper motor has been made flat instead of round so its motion will be along a straight line instead of rotary. A picture of a linear motor and its amplifier is shown in Fig. 1169, and the basic parts of the linear motor are shown in Fig. 1170. In this diagram you can see the motor consists of a platen and aforcer. The platen is the fixed part of the motor and its length will determine the distance the motor will travel. It has a number of teeth that are like the rotor in a traditional stepper motor except it is passive and is not a permanent mag. The forcer consists of four pole pieces that each have three teeth. The pitch of each tooth is staggered with respect to the teeth of the platen. It uses mechanical roller bearings or air bearings to ride above the platen on an air gap so that the two never physically e into contact with each other. The magic field in the forcer is changed by passing current through its coils. This action causes the next set of teeth to align with the teeth on the platen and causes the forcer to move from tooth to tooth over the platen in linear travel. When the current pattern is reversed, the forcer will reverse its direction of travel. A plete switching cycle consists of four full steps, which moves the forcer the distance of one tooth pitch over the platen. The typical resolution of a linear motor is 12,500 steps per inch, which provides a high degree of resolution. The typical load for a linear motor is low mass that requires highspeed movements. 22 FIGURE 1169 A linear motor and its amplifier. FIGURE 1170 The forcer is shown on top of the platen of a linear motor. The electromags are identified on the forcer. Theory of Operation The forcer consists of two electromags that are identified in Fig. 1170 as mag A and mag B and one permanent mag. The permanent mag is a strong rareearth permanent mag. The electromags are formed in the shape of teeth so that their magic flux can be concentrated. In the diagram you can see that the forcer has four sets of teeth and these teeth are spaced in quadrature so that。