基于单片机的步进电机控制系统的设计开题报告.doc
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1、基于单片机的步进电机控制系统的设计开题报告92020年4月19日文档仅供参考本科毕业设计开题报告 题 目:基于单片机的步进电机控制系统的设计 专 题: 院 (系): 电气与信息工程学院 班 级: 电气0912 姓 名: 杨光 学 号: 021750 指导教师: 隋晓红 教师职称: 副教授 黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告题 目基于单片机的步进电机控制系统的设计来源工程实际1、 研究目的和意义本课题研究的目的是综合运用所学的单片机原理及其接口技术理论知识,加强对所学知识的理解,锻炼设计单片机应用系统能力,以单片机为核心设计一个简单、经济,但功能较为齐全、适应性强,操作方便、交互性强,可靠性高的
2、步进电机控制系统。本课题研究的意义是了解单片机的内部结构、组成,学习单片工作原理及其内部工作状态,并熟悉不同时刻,单片机输入输出情况;了解步进电机的分类和用途,掌握步进电机内部结构及其工作原理,并学习使用单片机简单控制步进电机的正传、反转、加速、减速以及简单了解国内外步进电机的发展状况。 2、 国内外发展情况(文献综述)(1) 国内外常见步进电机控制系统.基于电子电路控制 步进电机受电脉冲信号控制,电脉冲信号的产生、分配、放大全靠电子元器件的动作来实现。由于脉冲控制信号的驱动能力一般都很弱,因此必须有功率放大驱动电路。步进电机与控制电路、功率放大驱动电路组成一体,构成步进电机驱动系统。此种控制
3、电路设计简单,功能强大,可实现一般步进电机的细分任务。这个系统由三部分组成:脉冲信号产生电路、脉冲信号分配电路、功率放大驱动电路。 此种方案即可为开环控制,也可闭环控制。开环时,其平稳性好,成本低,设计简单,但未能实现高精度细分。采用闭环控制,即能实现高精度细分,实现无级调速。闭环控制是不断直接或间接地检测转子的位置和速度,然后经过反馈和适当的处理,自动给出脉冲链,使步进电机每一步响应控制信号的命令,从而只要控制策略正确电机不可能轻易失步川。 该方案多经过一些大规模集成电路来控制其脉冲输出频率和脉冲输出数,功能相对较单一,如需改变控制方案,必须需重新设计,因此灵活性不高。.基于单片机控制 采用
4、单片机来控制步进电机,实现了软件与硬件相结合的控制方法。用软件代替环形分配器,达到了对步进电机的最佳控制。系统中采用单片机接口线直接去控制步进电机各相驱动线路。由于单片机的强大功能,还可设计大量的外围电路,键盘作为一个外部中断源,设置了步进电机正转、反转、档次、停止等功能,采用中断和查询相结合的方法来调用中断服务程序,完成对步进电机的最佳控制,显示器及时显示正转、反转速度等状态。环形分配器其功能由单片机系统实现,采用软件编程的办法实现脉冲的分配. 本方案有以下优点(1)单片机软件编程能够使复杂的控制过程实现自动控制和精确控制,避免了失步、振荡等对控制精度的影响;(2)用软件代替环形分配器,经过
5、对单片机的设定,用同一种电路实现了多相步进电机的控制和驱动,大大提高了接口电路的灵活性和通用性; (3)单片机的强大功能使显示电路、键盘电路、复位电路等外围电路有机的组合,大大提高系统的交互性。.基于PLC的控制 PLC也叫可编程控制器,是一种工业上用的计算机。PLC作为新一代的工业控制器,由于具有通用性好、实用性强、硬件配套齐全、编程简单易学和可靠性高等优点而广泛应用于各行业的自动控制系统中。步进电机控制系统有PLC、环形分配器和功率驱动电路组成。控制系统采用PLC来产生控制脉冲。经过PLC编程输出一定数量的方波脉冲,控制步进电机的转角进而控制伺服机构的进给量,同时经过编程控制脉冲频率来控制
6、步进电机的转动速度,进而控制伺服机构的进给速度。环形脉冲分配器将PLC输出的控制脉冲按步进电机的通电顺序分配到相应的绕组。PLC控制的步进电机能够采用软件环形分配器,也可采用硬件环形分配器。采用软件环形分配器占用PLC资源较多,特别是步进电机绕组相数大于4时,对于大型生产线应该予以考虑。采用硬件环形分配器,虽然硬件结构稍微复杂些,但能够节省PLC资源,当前市场有多种专用芯片能够选用。步进电机功率驱动电路将PLC输出的控制脉冲放大,达到比较大的驱动能力,来驱动步进电机。 采用软件来产生控制步进电机的环型脉冲信号,并用PLC中的定时器来产生速度脉冲信号,这样就能够省掉专用的步进电机驱动器,降低硬件
7、成本。但由于PLC的扫描周期一般为但由于PLC的扫描周期一般为几毫秒到几十毫秒,相应的频率只能达到几百赫兹,因此,受到PLC工作方式的限制及其扫描周期的影响,步进电机不能在高频下工作,无法实现高速控制。而且在速度较高时,由于受到扫描周期的影响,相应的控制精度就降低了.(2)步进电机驱动技术基本类型 步进电动机上个世纪就出现了,它的组成、工作原理和今天的反应式步进电动机没有什么本质区别,也是依靠气隙间的磁导变化来产生电磁转矩。上世纪80年代以后,由于廉价的微型计算机以多功能的姿态出现,步进电动机的控制方式变得更加灵活多样。步进电机驱动技术指的是用步进电机驱动器的驱动级来实现对步进电机各相绕组的通
8、电和断电,同时也是对绕组承受的电压和电流进行控制的技术。到当前为止,步进电机驱动技术一般分为单电压驱动、单电压串电阻驱动、高低压驱动、斩波恒流驱动、升频升压驱动和细分驱动等 . 单电压驱动是经过改变电路的时间常数以提高电机的高频特性。该驱动方式早在六十年代初期国外就已大量使用,它的优点是结构简单、成本低;缺点是串接电阻器的做法将产生大量的能量损耗,特别是在高频工作时更加严重,因而它只适用于小功率或对性能指标要求不高的步进电机驱动。单电压串电阻驱动是在单电压驱动技术的基础上为电枢绕组回路串入电阻,用以改进电路的时间常数以提高电机的高频特性。它提高了步进电机的高频响应、减少了电动机的共振,也带来了
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