步進電機細分驅(qū)動設(shè)計

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1、編號：課程設(shè)計報告書課題：步進電機細分驅(qū)動設(shè)計院（系）：機電工程學(xué)院專業(yè)：機械電子工程學(xué)生姓名：學(xué)號：題目類型：¨理論研究¨實驗研究t工程設(shè)計¨工程技術(shù)研究¨軟件開發(fā)2011年12月18日目錄前言2一、課設(shè)任務(wù)要求及目的2二、步進電機細分驅(qū)動系統(tǒng)總體設(shè)計21、步進電機的原理32、步進電機驅(qū)動器原理33、步進電機的細分原理44、系統(tǒng)總體設(shè)計概況5三、步進電機細分驅(qū)動控制系統(tǒng)的電路設(shè)計61、單片機控制電路62、D/A轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計73、光電耦合驅(qū)動電路設(shè)計8四、軟件設(shè)計及編程9五、步進電機細分驅(qū)動電路的仿真與調(diào)試11結(jié)論13總結(jié)13參考文獻14前言本文講述了細分驅(qū)動技術(shù)的原理，重點介紹

2、了細分驅(qū)動控制系統(tǒng)的設(shè)計方法，設(shè)計了一個細分驅(qū)動器的設(shè)計方案，本文采用常用單片機AT89C51作為脈沖發(fā)生器，同時也作為細分控制信號的發(fā)生源，應(yīng)用DAC0832實現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換，采用光耦器件構(gòu)成步進電機的驅(qū)動電路，最終組成電機細分數(shù)可選的驅(qū)動控制系統(tǒng)。本文最終通過proteus軟件進行電路仿真，仿真結(jié)果證明了本次設(shè)計的細分驅(qū)動控制系統(tǒng)的可行性、可靠性，并且具有精度高、低頻運行平滑、穩(wěn)定性高的優(yōu)點。一、課設(shè)任務(wù)要求及目的題目1步進電機細分驅(qū)動設(shè)計要求：1、實現(xiàn)2相步進電機的2,4,8細分控制2、通過按鍵輸入相應(yīng)的細分參數(shù)，電機按照細分數(shù)進行運行3、設(shè)計相應(yīng)的驅(qū)動電路和程序，并通過仿真軟

3、件進行仿真4、撰寫4000字左右的設(shè)計說明書二、步進電機細分驅(qū)動系統(tǒng)總體設(shè)計1、步進電機的原理步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差的特點。使得步進電機在數(shù)控機床、打印機、繪圖儀、機器人控制、石英鐘表等場合都有廣泛的應(yīng)用。步進電機一般分為永磁式、反應(yīng)式和混合式3種類型。目前，二相混合式步進電機的應(yīng)用最為廣泛。市場上常見的BYG通用系列二相步進電機是圓形混合式步進電機

4、，步距角一般為1.8度。圖一為二相式步進電機的工作原理示意圖。由圖可知，它有兩個繞組，當(dāng)一個繞組通電后，其定子磁極產(chǎn)生磁場，將轉(zhuǎn)子到相應(yīng)的磁極處。若繞組在控制脈沖的作用下，通電方向順序按照：，則電機將順時針轉(zhuǎn)動；若繞組在控制脈沖的作用下，通電方向順序按照：，則電機將逆時針轉(zhuǎn)動?？刂泼}沖每作用一次，通電方向變化一次，使電機轉(zhuǎn)動一步，即一個步距角。脈沖頻率越高，電機轉(zhuǎn)動也就越快。圖2.1：二相步進電機工作原理2、步進電機驅(qū)動器原理由于步進電機不能直接接到直流或工頻交流電源上工作，步進電機必須有驅(qū)動器和控制器才能正常工作。驅(qū)動器的作用是對控制脈沖進行環(huán)形分配、功率放大，使步進電機繞組按一

5、定順序通電。如圖所示，它一般由脈沖發(fā)生分配控制單元、功率驅(qū)動單元、反饋保護等單元組成，功率驅(qū)動單元與步進電機直接相連。以二相步進電機為例，當(dāng)給驅(qū)動器一個脈沖信號和一個正方向信號時，驅(qū)動器經(jīng)過環(huán)形分配器和功率放大后，給電機繞組通電順序為：，其狀態(tài)周而復(fù)始進行變化，電機順時針轉(zhuǎn)動；若方向信號為負時，通電時序就變?yōu)?，電機就逆時針轉(zhuǎn)動。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，功率放大電路由單電壓電路、高低電壓電路發(fā)展到現(xiàn)在的斬波恒流驅(qū)動電路。光電耦合驅(qū)動電路的基本原理是：其應(yīng)用于開關(guān)電源的控制信號傳輸與隔離，在單片開關(guān)電源中，利用線性光耦合器可構(gòu)成光耦反饋電路，通過調(diào)節(jié)控制端電流來改變占空比，達到精密穩(wěn)壓目的

6、。利用了其共模抑制比很高，可做線性耦合器使用的特點。3、步進電機的細分原理細分的基本概念是：步進電機通過細分驅(qū)動器，其步距角變小了。假設(shè)驅(qū)動器工作為10細分狀態(tài)，其步距角就是“電機固有步距角的十分之一”。也就是說，當(dāng)驅(qū)動器工作在不細分的整步狀態(tài)時，控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖，電機轉(zhuǎn)動1.8度；而當(dāng)細分驅(qū)動器工作在10細分狀態(tài)時，電機只轉(zhuǎn)動0.18度。細分功能是由驅(qū)動器靠精確控制電機的相電流實現(xiàn)的，與電機無關(guān)。即細分驅(qū)動技術(shù)是通過改進驅(qū)動電路中對繞組電流的控制方式來實現(xiàn)的，細分驅(qū)動技術(shù)是一種電流波形控制技術(shù)。在步進電機步距角不能滿足使用要求時，采用細分驅(qū)動器來驅(qū)動步進電。細分驅(qū)動器的原

7、理就是通過改變A、B相電流的大小，以改變合成磁場的夾角，從而可將一個步距角細分為多步。以二相步進電機為例，通電方向電機每轉(zhuǎn)一步，距角為45度，比原來減小了一半，8個脈沖電機轉(zhuǎn)一周。這就實現(xiàn)了2細分。同理可知4細分、8細分的原理。圖2.2細分后步進電機步距角按下列方法計算：步距角=電機固有步距角／細分數(shù)。4、系統(tǒng)總體設(shè)計概況根據(jù)以上的原理分析，在本次課設(shè)中我采用了基于單片機控制的細分驅(qū)動電路。其系統(tǒng)框圖如下圖。驅(qū)動系統(tǒng)分成四個部分：單片機控制電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、功率放