构郑州航空工业管理学院 驱动器的特点 步进电动机驱动技术分析 单电压驱动 双电压驱动 斩波恒流驱动 细分驱动 双极性驱动 步进电动机控制系统设计 系统总体概述 系统硬件 单片机主控制单元电路设计 速度检测反馈电路 功率驱动电路 系统供电电源 系统软件设计的基本原则 主程序设计 步进电动机的速度控制 接口芯片扩展键盘显示器郑州航空工业管理学院 结论 附录系统控制总电路图 参考文献郑州航空工业管理学院 绪论 课题研究背景及主要内容 我国步进电动机的研究及制造起始于二十世纪年代后期。
从 年代后期到年代后期主要是高等院校和科研机构为研究些 装置而使用或开发少量产品。
这些产品以多段结构三相反应式步进电 动机为主。
年代初期步进电动机的生产和研究有所突破。
除反映 在驱动器设计方面的长足进步外对反应式步进电动机本体的设计研 究也发展到了个较高水平。
年代中期至年代中期成为成品发 展阶段新品种高性能电动机不断被开发。
自年代中期以来由于 对步进电动机精确模型作了大量研究工作各种混合式步进电动机及 驱动器作为产品广泛应用。
步进电动机是种新型增量式电机是数字控制系统的种执行 元件。
它是利用电脉冲信号进行控制将电脉冲信号转换成相应的角 位移或线位移的电动机。
步进电动机有多种不同的结构。
主要以混合 式和反应式为主。
混合式步进电动机是在同步电动机的基础上发展起 来的。
既有反应式步进电动机基于气隙磁导变化的特征又有轴向恒 定磁场的永磁式步进电动机的特征。
步进电动机不能直接接到交直流电源驱动电路基本框架以到系统基本控制策略的确定等各方 面确定系统的总体设计方案。
系统硬件电路 根据已确定的基于单片机的两相混合式步进电动机控制系统总体 设计方案完成了系统硬件电路的设计实现以及硬件电路的性能测郑州航空工业管理学院 试工作。
该阶段的工作主要包括 系统硬件电路设计根据确定的控制系统总体设计方案完成系统 硬件电路的设计如单片机芯片的选择驱动集成电路的选择系统 原理电路的绘制等 系统硬件电路性能测试主要完成系统硬件的电器测试系统各 功能模块的测试等。
系统控制软件 按照系统技术标准要求和确定的系统控制策略对系统控制软件 进行合理的分析规划及设计确定软件流程并对系统软件进行调 试运行。
该阶段的工作主要包括 系统软件分析根据系统的要求以及主控制器的特点对系统控制 软件进行整体的分析和规划 系统软件与实现根据系统软件整体的分析和规划编写流程 图逐个实现各功能模块程序 课题关键技术 课题在设计过程中主要解决如下难点和关键技术 两相混合式步进电动机的动态模型 混合式步进电动机绕组供电情况及运行状态较为复杂难以用解 析法来分析其运行性能。
近年来仿真模型逐渐成熟但是由于对混合 式步进电动机运行性能指标要求的进步提高其对仿真模型的精度 的要求也相应提高所以对绕组电感电磁转矩旋转电势等的非线性 特性要求有更精确的描述。
系统抗干扰技术 步进电动机在工作过程中会产生较大的电磁干扰引起步进电 动机工作状态不稳直接影响系统的可靠性。
分析单片机控制步进电郑州航空工业管理学院 动机驱动系统中电磁干扰产生原因在设计初将驱动器的电磁兼容设 计与整个系统电磁兼容性紧密联系起来考虑采取光电隔离系统有 效监控软件滤波等方法和措施有效抑制电磁干扰提高系统抗干扰 特性。
控制电路的设计 控制电路的好坏直接影响电机的运行效果。
考虑到两相混合式步 进电机驱动器在两相电路的对称性在反馈放大电路设计时 采用光电编码器检测速度来实现速度闭环控制此外驱动电路中采用 双极性工作减少了驱动电源的数量。
混合式步进电动机工作原理 步进电动机的分类及特点 步进电动机是种将电脉冲信号转换成相应的角位移的机电元 件。
步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机。
步进电动机的输入是 脉冲信号它绕组内的电流既不是通常的交流电也不是恒定的直流 电而是脉冲电流。
从结构特点进行分类般常使用的电磁式步进电动机主要类型 有旋转电机反应式电机永磁式电机混合式电机直线电机 型型型。
性能分析 反应式步进电动机在结构上来说定子上有多相绕组定子磁极 和转子上开有小齿定转子铁心可做成单段式或多段式。
其齿距角 可以做得很小起动和运行频率较高。
断电时无定位力矩需用带 电定位消耗功率大。
永磁式步进电动机在结构上来说定子上有多 相绕组但定子磁极上不开齿。
转子用永久磁钢制成转子极数与定 子每相的极数相同。
其步距角较郑州航空工业管理学院 小起动和运行频率较低断电时有定位力矩消耗功率小。
混合式步进电动机结构及其工作原理 混合式步进电动机结构 混合步进电动机结构复杂。
图为定子是四相八极转子上有 个小齿的典型二相混合式步进电动机的结构图。
转子由转子铁心 永磁材料和轴组成。
转子被分成完全对称的两段段转子的磁力线 沿转子表面呈放射形进入定子铁心称为极转子另段转子的磁力 线从定子沿定子表面穿过气隙回归到转子去称为极转子。
为了满 足控制上的需要从轴向看极转子和极转子的齿中心线并不 致而是彼此错开半个齿距。
除此之外极转子和极转子在结构 上完全相同。
定子上有均匀分布的个磁极每个磁极下有个梳 齿。
在定子相邻大极齿的槽内放置绕组。
为了和转子配合定子也分 为两段但实际上作为段处理装有两相对称绕组沿定子轴向安 装块永久磁铁形成极转子和极转子。
两段定子铁心使用同 套两相绕组实际上相当于段从轴向看磁极中心线应严格对齐 不允许产生任何错位。
永磁材料为轴向充磁的圆环形位于转子的中 部。
从它的磁路内含有永久磁钢这点看应该说它也是永磁式步进电 动机。
磁钢在电动机工作中的作用反映了永磁电动机的特点另方 面又像反应式样定转子表面开有齿槽使步距角做得很小。
它是 反应式和永磁式步进电动机的结合可以做成像反应式样的小步 距也具有永磁式控制功率小的优点兼有以上两种步进电动机的优 点常常也作为低速同步电动机运行。
郑州航空工业管理学院 毕业论文设计 届电气工程及其自动化专业班级 题目两相混合式步进电动机驱动控制系统设计 姓名学号 指导教师职称 二二年五月二十五日郑州航空工业管理学院 摘要 本文源于解决步进电动机的失步问题。
论文在了解步进电动机 的特点及工作原理的基础上重点研究两相步进电动机的单片机控 制技术。
根据两相混合式步进电动机的驱动控制特点本文采用了双极 性驱动方式通过脉冲分配合理控制绕组中的电流保证步进电动机 内部合成磁场的幅值恒定合成磁场的角度均匀并在此基础上设 计了种两相混合式步进电动机驱动器。
该驱动器以单片机为控制核心选用桥驱 动器件等构成驱动电路论文从驱动技术方案硬件电路控制软 件设计方面进行了详细地描述。
在反馈检测电路设计时采用光电 编码器来进行步进电动机的转速。
通过扩展键盘显示电路来 显示电动机的转速和给定速度另外利用语音芯片实现语 音报速功能。
最后对所设计的两相混合式步进电动机驱动器进行了性能测试 分析结果表明该驱动器达到了系统设计前所提出的各项指标。
系统运行安全可靠稳定。
整个系统电路简单实用性能优良 通用性强。
设计原则适用于各种步进电动机有定的实用价值。
关键词 相混合式步进电动机非线性动态模型单片机细分控制 郑州航空工业管理学院 郑州航空工业管理学院
两相混合式步进电动机驱动控制系统设计
