步进电机控制技术论文
步进电机控制技术论文 电机控制技术论文篇一 步进电机控制系统 摘要：步进电机作为执行元件， 是机电一体化的关键产品之一，广 泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展， 步进电机 的需求量与日俱增， 在各个国民经济领域都有应用。关键词：步进电机;执行元件;计算机;发展 1步进电机原理及特征 1.1步进电机的目前发展情况 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。当 步进驱动器接收到一个脉冲信号， 它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固 定的角度(称为“步距角”)， 它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过 控制脉冲个数来控制角位移量， 从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉 冲频率来控制电机转动的速度和加速度， 从而达到调速的目的。在非超载的情 况下， 电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数， 而不受负 载变化的影响， 即给电机加一个脉冲信号， 电机则转过一个步距角。这一线性 关系的存在， 加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速 度、位置等控制领域使用步进电机进行控制变得非常简单。步进电机可以作为一 种控制用的特种电机， 利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于 各种开环控制。
1.2步进电机的特点 1.步进电动机工作时每相绕组不是恒定地通电， 而是按一定的规律 轮流通电。
2.每输入一个脉冲电信号转子转过的角度称为步距角。
3.步进电机 可以按特定指令进行角度控制， 也可以进行速度控制。角度控制时， 每输入一 个脉冲， 定子绕组就换接一次， 输出轴就转过一个角度， 其步数与脉冲数一 致， 输出轴转动的角位移量与输入脉冲成正比。速度控制时， 步进电机绕组中 送入的是连续脉冲， 各相绕组不断地轮流通电， 步进电机连续动转， 它的转 速与脉冲频率成正比。改变通电顺序， 即改变定子磁场旋转方向， 就可以控制电机正转或是反转。
1.3步进电机的一些典型运用场合 ①步进电机主要用于一些有定位要求的场合。例如：线切割的工作台 拖动，植毛机工作台(毛孔定位)，包装机(定长度)。基本上涉及到定位的场合都 用得到。
②广泛应用于ATM机、喷绘机、刻字机、写真机、喷涂设备、医疗 仪器及设备、计算机外设及海量存储设备、精密仪器、工业控制系统、办公自动 化、机器人等领域。特别适合要求运行平稳、低噪音、响应快、使用寿命长、高 输出扭矩的应用场合。
③步进电机在电脑绣花机等纺织机械设备中有着广泛的应用，这类步 进电机的特点是保持转矩不高，频繁启动反应速度快、运转噪音低、运行平稳、 控制性能好、整机成本低。
目前用于电脑绣花机的步进电机多数为三相混合式步进电机，并采用 细分驱动技术可以大大改善步进电机的运行品质，减少转矩波动，抑制振荡，降 低噪音，提高步矩分辨率。
1.4 步进电机的运转原理及结构 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当 步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定 的角度(及步进角)。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位 的目的;也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调 速的目的。
在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频 率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一 个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差 等特点。
1.5 旋转 如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，(转子不受任何力，以下均同)。如B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时 转子向右移过1/3て，此时齿3与C偏移为1/3て，齿4与A偏移(て-1/3て)=2/3て。如 C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3て，此时齿4 与A偏移为1/3て对齐。
如A相通电，B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右 移过1/3て。
这样经过A、B、C、A分别通电状态，齿4(即齿1前一齿)移到A相， 电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A，B，C，A……通电，电机就每步 (每脉冲)1/3て，向右旋转。如按A，C，B，A……通电，电机就反转。由此可见：
电机的位置和速度由导电次数(脉冲数)和频率成一一对应关系。而方向由导电顺 序决定。
2电路设计分析 2.1 8253及8255驱动步进电机电路 ①按图连接线路，利用8255 输出脉冲序列，开关K0～K6 控制步进 电机转速，K7控制步进电机转向。8255 CS 接288H～28FH。PA0～PA3 接BA ～BD;PC0～PC7 接K0～K7。
②编程：当K0～K6 中某一开关为“1”(向上拨)时步进电机启动，并且 电机转动速度大小不同。K7 向上打电机正转，向下打电机反转。
2.2实验重要参数计算 由实际测试得，stepcount步数设定为约59步时。步进电机转动一圈。
由实验要求：先顺时针，每分钟6圈，转十分钟。约得 stepcount=59*6*10=3540。
停止三秒：8086机器周期为1/5MHz.3s=1/5MHz*15*exp6即15M个机 器周期的指令。
后逆时针，每分钟30圈，转十分钟。约得stepcount=59*30*10=17700。
2.3 实际问题及解决方法 ①硬件连接及软件程序不够熟练，经多方面查资料，翻阅书籍，确定设计方案及硬件软件的具体设计内容。
②键盘及LED显示的控制不够理想，经程序的细心解读，最终达到了 设计的目的。按10号键显示0。。。0030，按12号键显示1。。。0006，按14号键 启动运行，按15号键停止运行。
③转速控制，开始不够精确。经反复测试， 最终确定为59步每圈。并计算出6R/MIN，30R/MIN的设定步数。
3总结体会 首先，利用星研集成环境软件编辑并运行程序，在STAR ES598PCI 实验仪上调试实验结果，分析实验程序及硬件电路;然后，在利用原有源程序进 行实验时，电机的转速控制不是很明显，这就要求修改控制步速Takesetpcount 的数值，及8253的分频数，以使电机转速达到6r/min和30r/min。其次，调节8259 控制键盘及显示，最终达到实时显示转速及转动方向，并用键盘控制其启动与停 止。由于步进电动机的运转是由电脉冲信号控制的，步进电动机的角位移量或线 位移量与脉冲数成正比，每给一个脉冲，步进电机就转动一个角度(步距角)或前 进/倒退一步，所以希望清晰的看到电机的此特性。我们通过设定步速及转速， 此时可以观测到电机的步进及转动一圈的步数。