基于单片机的步进电机的运动控制系统课程毕业设计(编辑修改稿)

基于单片机的步进电机的运动控制系统课程毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

7 顺序工作，这个通电顺序称为“相序”。 转子的主要结构是磁性转轴，当定子中的绕组在相序信号作用下有规律的通电、断电工作时，转子周围就会有一个按此规律变化的电磁场，因此一个按规律变化的电磁力就会作用在转子上，转子 总是力图转动到磁阻最小的位置，正是这样，使得转子按一定的步距角转动，使转子发生转动。 步进电动机的工作状态由控制信号实现，在步进电动机的单片机控制中，控制信号由单片机产生，其基本控制方式如下： 1．相序控制方式 步进电动机的通电换相顺序严格按照步进电动机的工作方式进行，通常我们是把通电换相这一过程称为脉冲分配。 现以 三 相步进电动机为例分析 三 相步进电动机的工作方式： 三 相步进电动机的工作方式有三种： 三 相单 三 拍， 三 相双 三 拍， 三 相 六 拍。 “单”、“双”、“拍”的意思是：“单”指每次切换前后只有一相绕组 通电，“双”指的是每次有两相绕组通电：而从一种通电状态转换到另一种通电状态就叫作一“拍”。 (1) 三 相 六 拍步进电动机的工作原理，其实就是电磁铁的工作原理。 又环形分配器送来的脉冲信号，对定子绕组轮流通电，设先对 A相绕组通电， B、 C、二 相都不通电。 由于磁通具有力图沿磁阻最小路径通过的特点，因此在 A极附近的转子就只受到径向力的作用而无切线力，故转矩为零，转子被锁定在这个位置上。 此时 B、 C 二 相的定子齿则和转子齿在不同的方向各错丌 360。 ／ (k*m*z)的角度，其中 k 表示通电方式，当为单拍时取 k=1，双拍时取 k=2； m 为定子绕组的相数； z为转子的齿数。 随后 A相断电， B相控制绕组通电，则转子就和 B 相定予齿对齐，转子顺时针方向旋转 360。 ／ (k*m*z)的角度。 然后使 B 相断电， C相通电，同理转子又沿顺时针方向旋转 360。 ／ (k*m*z)的角度。 转子就按照 A—AB— BBC— C— CAA„„的旋转顺序运动下去。 (2) 三 相双 三 拍工作方式原理 当步进电动机按照 AB— BC— CA— AB„„的顺序通电，则就成了四相双四 拍工作方式。 其工作原理与 三 相 六 拍相同，此处不进行详细说明。 (3) 三 相单 三 拍工作方式原理 8 8 当步进电动机按照 A— B— C— A— „的顺序通电时，则就成了 三 相单 三 拍工作方式。 2．转向控制方式 如果按给定的工作方式正向顺序通电换相，步进电动机就 正 转；如果按相反的顺序通电换相，则电动机就反转。 例如，步进电动机先前的工作方式为 A— B— C— D— A„此时，步进电动机按顺时针旋转。 若改为 A— D— C— B— A„时，则步进电动机的转向与原来相反，即，逆时针旋转。 步进电动机工作时的通电控制脉冲，必须严格按照步进电动机所要求完成的工作方式进行顺序控制。 “单”、“双”、“拍”的意 思是：“单”指每次切换前后只有一相绕组通电，“双”指的是每次有两相绕组通电：而从一种通电状态转换到另一种通电状态就叫作一“拍”。 a=360。 ／ (k*m*z)的角度，其中 k 表示通电方式，当为单拍时取k=1，双拍时取 k=2； m 为定子绕组的相数； z 为转子的齿数。 随后 A 相断电， B相控制绕组通电，则转子就和 B 相定予齿对齐，转子顺时针方向旋转 360。 ／(k*m*z)的角度。 然后使 B相断电， C相通电，同理转子又沿顺时针方向旋转 360。 ／ (k*m*z)的角度。 转子就按照 A— B— C— D— A„„的旋转顺序运动下去。 步进电 机是一种将电脉冲信号转换成直线位移或角位移的控制微电机 ,其机械角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比例 .通过改变电脉冲频率 ,可在大范围内进行调速 .同时 ,该电 机还能快速起动、制动、反转和步进电机只需采用最简单的开环控制就可取得 非常高的控制精度，且这种系统不需要反馈信号，系统硬件实施比较简单。 三相步进电机的定子上 有 6个极 ,转子是 4个均匀分布的齿 ,电机的转动是根据控制饶组与电源接通或开断的变化频率呈步进状态 ,其转向取决于通电相序 .在本系统中，主要采用三相电 机三相单双六拍 :aabbbcccaa„„首先 a相通电 ,而后再接通 b相绕组 (这时 a 相不断开 )即 ab 两绕组同时通电。 此后断开 a相绕组 ,b相单独通电 ,依此规律循环往复 .这种方式需经过 6个切换才能完成一个循环 .单相三拍方式的每一拍步进角为 3176。 , 三相六拍的步进角则为 9 9 176。 , 因 此 ,在三相六拍下 ,步进电机的运行反转平稳柔和 ,但在同样的运行角度与速度下 ,三相六拍驱动脉冲的频率需提高 1倍 ,对驱动开关管的开关特性要求较高。 系统 的总体设计框图如图 5所示 : 图 5 系统的整体流程图 当步进电机驱 动系统工作时，控制器首先检测接收 传感器 信号，进行换算成需要的检测量，并将之与设定值进行比较，得出其差值 ，并根据程序的设定转化为步进电机的步进脉冲。 从而通过单片机控制的驱动器来驱动步进电机，从而带动丝杠传动系统，进而控制液氮液面升降系统的运动，完成一个循环控制过程。 步进电机的驱动电路如图 6所示，采用单片机 AT89C51来驱动， AT89C51具有8k 字节 flash 闪速存储器， 256字节内部 r。