步進(jìn)電機(jī)

1、步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)班級(jí)：自動(dòng)化102學(xué)號(hào)：201010232059姓名：趙櫨璐前言：步進(jìn)電機(jī)又稱脈沖電動(dòng)機(jī)，由于其具有易于精確地控制機(jī)械的移動(dòng)量的優(yōu)點(diǎn)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)已經(jīng)能與直流電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)、以及同步電動(dòng)機(jī)并列，成為電動(dòng)機(jī)的一種基本類型。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在辦公自動(dòng)化、工廠自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)外部設(shè)備等領(lǐng)域中廣泛地使用。而數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)由于具有高性能和靈活可編程的優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用。DSP由于具有數(shù)據(jù)和地址總線分離的哈佛結(jié)構(gòu)和專用的

2、指令集所以其數(shù)值運(yùn)算能力強(qiáng)大。在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中，電動(dòng)機(jī)控制是特別重要的一部分，電動(dòng)機(jī)控制產(chǎn)品在工業(yè)控制領(lǐng)域需要的越來(lái)越大，而微處理器在電動(dòng)機(jī)控制領(lǐng)域中用途也是越來(lái)越廣泛。然而，基于單片機(jī)的傳統(tǒng)的控制策略不能滿足需要的原因，也正是增加的處理數(shù)據(jù)量對(duì)實(shí)時(shí)性要求的提高。隨著數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的迅速發(fā)展及性價(jià)比的不斷提高數(shù)字信號(hào)處理器應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)控制領(lǐng)域已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。美國(guó)堡定電氣公司是專業(yè)生產(chǎn)交、直流微特電機(jī)低速電機(jī)是附屬產(chǎn)品其規(guī)格

3、及機(jī)座號(hào)和超電公司相似近年來(lái)已開(kāi)發(fā)供三相電源使用的電機(jī)。研究的原理：步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒(méi)有積累誤差

4、(精度為100%)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開(kāi)環(huán)控制。比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)、永磁式步進(jìn)電機(jī)、混合式步進(jìn)電機(jī)和單相式步進(jìn)電機(jī)等。步進(jìn)電機(jī)在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中選擇的是M35SP7N，其步進(jìn)角為7.5度，是一種單極性的步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常

5、運(yùn)轉(zhuǎn)但若高于一定速度就無(wú)法啟動(dòng)并伴有嘯叫聲。本次實(shí)驗(yàn)利用脈寬PMW技術(shù)對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)所需的數(shù)字式電脈沖信號(hào)(即方波控制信號(hào)），一般都是借助數(shù)字邏輯電路產(chǎn)生。隨著嵌入式技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用更為廣泛，脈寬調(diào)制(PWM)是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，PWM是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法通過(guò)高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來(lái)對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼PWM信號(hào)

6、仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(wú)(OFF)電壓或電流源是以一種通(0N)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開(kāi)的時(shí)候PMW信號(hào)其占空比就是脈沖中高電平與低電平的寬度比因此可以將脈沖的占空比變成電壓通過(guò)調(diào)整占空比來(lái)調(diào)整輸出模擬電壓PWM方式是直流電機(jī)工作的一種常用方式PWM技術(shù)指通過(guò)改變矩形脈沖的占空比，以得到不同的

7、平均直流電壓去驅(qū)動(dòng)電機(jī)因而對(duì)步進(jìn)電機(jī)的角位移速度的控制對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行必要的調(diào)速是實(shí)際應(yīng)用中一個(gè)必須解決的問(wèn)題。在非超載的情況下，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)積累等特點(diǎn)。通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)脈沖到下一個(gè)脈沖的時(shí)間間隔來(lái)改變脈沖的頻率，延時(shí)的長(zhǎng)短來(lái)具體控制步進(jìn)角以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)步

8、進(jìn)電機(jī)的調(diào)速。原理的應(yīng)用仿真：步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路如下圖1：步進(jìn)電機(jī)在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中選擇的是M35SP7N，其步進(jìn)角為7.5，是一種單極性的步進(jìn)電機(jī)，它的結(jié)構(gòu)如下圖2所示：實(shí)際使用時(shí)，公共端1與2是短接在一起作為電源輸入，一共五個(gè)抽頭，控制每個(gè)繞組的兩個(gè)抽頭來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。步進(jìn)電機(jī)的控制一般分為四項(xiàng)四拍與四項(xiàng)八拍兩種方式，其中前者稱為全部，后者稱為半步。在設(shè)計(jì)時(shí)，我們用EVA的PWM1、PWM2、PWM3、PWM4四個(gè)引腳作為步進(jìn)電機(jī)