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（全套设计打包）二维步进单片机控制工作台控制系统设计（喜欢就下吧）

用。由于它的出现,开创了精度进入纳米的新时代。.滚动导轨式微动工作台滚动导轨也是微动工作台中种常见的导轨形式，它具有行程大,运动灵活结构简单工艺性好容易实现较高的定位精度的优点，采用滚珠导轨作为微动工作台的支承和导向元件，直流伺服电机传动实现了对自动分步重复光刻机的微定位控制。.磁悬浮式微动工作台磁悬浮式微动工作台由于运动平台和驱动机构采用非接触式的磁悬浮驱动技术，因此没有摩擦力和机械部件的磨损，易于实现高精度大范围的要求。纳米级微动工作台发展趋势及需要解决的问题大范围高精度是纳米科技对微动工作台提出的新要求，然而大行程和高精度是微动技术中的对矛盾。因此微动工作台的未来研究方向应围绕如何解决这对矛盾展开。.多种微运动相结合技术结合多种微动方法以弥补各自的不足仍然是解决以上问题的主要办法，比如在现有研究已经成熟的各种微动工作台基础上，妥善解决好其中两种或者多种微动工作台间的兼容性，解决好机械结构间的装配误差多种平台间的定位误差，采用粗动和微动相结合的方法，粗动台用以完成快速大范围，微动工作台实现高精度，也就是说通过微动工作台对粗动工作台由于运动所带来的误差进行精度补偿，以此实现大范围高精度的要求。.新型纳米级微动工作台的研究运动方向间的交叉耦合严重影响纳米微动工作台的定位精度，因此需进步研究运动导向结构，从运动原理上有效地消除运动方向间的交叉耦合产生的定位误差，提高纳米级微动工作台的定位精度。.改进控制策略，如采用建立迟滞和蠕变数学模型进行开环控制来避免因反馈而可能引起的不稳定问题,采用自适应控制消除建模的误差和参数的不确定性及系统环境的变化等因数对系统精度的影响，提高系统的鲁棒性。采用模糊控制神经元网络控制等方法改善系统的非线性和不确定性。.磁悬浮微动工作台性能的进步提高在现有磁悬浮微动工作台基础上，充分考虑磁滞非线性磁饱和以及高次谐波对系统精度的影响，解决运动控制和定位技术，从而实现纳米级精度的大范围运动。随着微米纳米科学技术的不断发展，纳米级微动工作台的研究正日益受到国内外的重视。但因受到机械加工精度控制精度和机构复杂性等技术水平的制约，其精度和运动范围还受到定影响，随着对微动工作台的深入研究,结构合理高精度和高分辨率的微动工作台必将不断问世。旋转升降式工作台的发展趋势多种多样的升降工作台有着广泛的应用领域。许多工业企业除了在生产线上或生产线外使用升降工作台以外，往往还利用升降工作台来运送较大的工件。例如在物资入库的时候，人们可以利用升降工作台首先将成批的钢材运送到指定的货架处，然后再存放到货架的不同规格格层中或者在室外，将工作台升降到合适的工作高度或者将单臂吊之类的起重设备运送到室外让它在室外工作等等。在年的汉诺威博览会上，有限责任公司推出他们开发生产的移动式升降工作台。该公司的设计师们设计的升降工作台带有运动装置使升降的物体重通过运动设备的轮子传递到地面，从而可以使升降工作台在任何器要它的地点发挥作用。这种移动式的结构设计也可“移植”到超薄型升降工作台的设计中。尤其是在汽车制造业中使用更为频繁。这种升降工作台不需要液压驱动系统，几乎不需要维护保养。早在年前,公司就研制开发出了机械式升降工作台。但是在今天机电体化驱动技术取得了重大进步之后,才使机械式升降工作台也有了较大的发展。.本课题研究的范围和意义本课题研究的是工作台的控制部分，主要的任务就是通过单片机实现对两个步进电机的控制。包括速度，转向等的控制。采用并行控制方式。通过键盘可以输入控制的运行步数，电机的正反转，运行出错时候可以急停键停止，还有其他的些操作等都可以通过键盘实现。本系统的显示功能是利用位的数码管实现运行步数的显示，在工作台运行超过极限位置时候，安装在工作台两端的行程开关会被按下，产生电流信号，通过光电转换装置，向单片机发出信号，经单片机发出信号，蜂鸣器报警，报警的同时，电机停止转动。通过本课题的学习与研究，使我了解工作台的工作原理，知道了单片机的发展与简单的应用，对步进电机的结构，工作原理有了更进步的理解。使我认识了很多的电子元件，懂得了许多的控制方面的知识。.步进电机的发展现状步进电机最早是在年代由英国人所开发。年代后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，对于数字化的控制变得更为容易。往后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度高分解能高响应性信赖性等灵活控制性高的机械系统中。在生产过程中要求自动化省人力效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度位置控制需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。步进电机的分类步进电机依其构造上的差异可分为三大类可变磁阻式型转子以软铁加工成齿状，当定子线圈不加激磁电压时，保持转矩为零，故其转子惯性小响应性佳，但其容许负荷惯性并不大。其步进角通常为。永久磁铁式型转子由永久磁铁构成，其磁化方向为辐向磁化，无激磁时有保持转矩。依转子材质区分，其步进角有及等几种。混和式型转子由轴向磁化的磁铁制成，磁极做成复极的形式，兼有可变磁阻式步进电机及永久磁铁式步进电机的优点，精确度高转矩大步进角度小。步进电机的历史步进电机在我国已有几十余年的生产史，近几年，大规模集成电路及计算机技术的发展，进步推动了步进电机的技术进步和广泛应用，据统计，全世界步进电机的年产量已达亿多台，市场销售量占世界微电机销售总量的左右。步进电机的发展依赖计算机外设和办公自动化机械的发展。我国计算机工业虽然起步晚，但经过三十年的努力，已经初具规模。我国早在六十年代中期开始致力于步进电机的研究和开发，直到世纪年代，直是磁阻式步进电动机占统治地位，混合式步进电动机是年代后期才开始发展，至今仍然是二种结构类型同时并存。尽管新的混合式步进电动机完全可能替代磁阻式电动机，但磁阻式电动机的整机获得了长期应用，对于它的技术也较为熟悉，特别是典型的混合式步进电动机的步距角与典型的磁阻式电动机的步距角不样，用户改变这种产品结构不是很容易的，这就使得两种机型并存的局面难以在较短时间内改变。这种现状对步进电动机的发展是不利的。步进电机的发展趋势小型化高精度计算机外部设备趋向小型，也就要求永磁式和混合式步进电机向小机座号发展，目前直径为的步进电机使用就较多。电机与线路体化机电体化的步进电机更受到用户的欢迎，虽然控制线路的成本比较高，但与电机组成体化产品后更便于整机使用。多功能新代的磁盘与光盘需要具有两个自由度的圆柱式步进电机，直接完成横向运动和旋转运动两个功能，这种产品在日本电话电信公司已有产品。另外，美国已推出带电传感器的步进电机，能自检位置和转速。直线小步距高分辨率据日本和欧美国家报道，此类步进电机已制成步距为.微米，在英寸秒的线速度下产生磅推力，分辨率达步英寸，定位精度为.英寸。新结构新材料新技术步进电机总的发展趋向是增大出力提高精度改善动态特性，为此已出现种盘式轴向气隙的新结构步进电机。同时，还在研究采用如高磁能积的铁氧体稀土压电等新材料。.单片机的发展现状随着目前微电子技术的发展，技术工艺的不断提高，单片机技术也有了长足的进步。单片机在最近几年中得到了极大的发展，目前世界范围内单片机发展的主要领域有个是欧美，最新开发产品及主要厂商有的系列单片机，美国的的八位单片机，荷兰的系列单片机，美国公司系列位嵌入式微机控制器，的各个系列单片机二是日本，公司开发了从位到位多系列单片机，日立公司也有从位到位多系列单片机，公司的系列微机三是台湾地区，主要有的,等系列产品微控制器四是韩国，主要有的系列微控制器。另外还有公司也生产单片机，可见单片机发展到今天可以说种类繁多性能各异。但目前我国的许多单片机应用单位仍停留在采用片内无等低档单片机状态。当国内从年代起开始了单片机的热潮,二十多年过去了，单片机从研究所走出来,成为日常生活中的个不可缺少的部件。硬件方面日趋多样化，位位位位等型号共同并存,在不同的领域存在,如家电玩具工业设备仪器通讯等。软件方面发展主要为汇编语言语言嵌入式操作系统。速度稳定性特别要求的场合较多采用汇编语言和语言。单片机作为微型计算机的个重要分支,应用面很广，发展很快。自单片机诞生至今，已发展为上百种系列的近千个机种。目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进步向着化低功耗小体积大容量高性能低价格和外围电路内装化等几个方面发展。控制系统的总体设计.系统总体方案图总体设计图.机械系统传动机构采用滚珠丝杠副与齿轮减速。导向机构采用滚动直线导轨。执行机构采用步进电机。.控制系统设计本系统选用的微型机是单片机，采用开环的控制方式，采用三相六拍步进电机。图开环控制流程图接口设计人机接口采用键盘作为输入。采用矩阵式键盘，用个键来控制步进电机。采用蜂鸣器作为警报装置。采用数码管作为显示器。采用八段数码管作为步数的显示。机电接口采用光电偶合器作为微型机与步进电机驱动电路的接口，实现电气隔离，以保护单片机。控制方案的选择控制的方案不外乎有三种开环控制半闭环控制闭环控制。上图为最简单的“开环控制”，若在“机械传动”机构中引出反馈给控制部分，在经过比较放大的则为“半闭环控制”。如若是在机械执行机构中引出反馈则为闭环控制。开环控制特点是简单，控制精度低。控制的精度完全取决于所用元件的精度和校准的精度，且抗干扰的能力差。但由于其结构简单成本低。在精度要求不高的情况下，有定的使用价值。闭环控制特点是控制精度高，抗干扰能力强。缺点是使用的元件多，线路复杂，系统的分析和设计都比较麻烦。半闭环特点是控制的精度介于闭环和开环之间。采用步进电机来实现驱动，般情况下多采用开环控制。因为步进电机的输出转角与控制器提供的脉冲数有正比的关系，电机转速与控制器提供的脉冲频率成正比。因此通常在精度要求不是很高时，负载不是很大的情况下采用步进电机是合理的。下图为开环控制的框图图开环控制框图伺服系统设计由于本系统的精度要求不高，载荷不大，再考虑了其经济要求等因素后，决定采用开环控制。控制系统的设计方案.硬件系统设计系统的硬件结构计算机的硬件和软件是相互结合而工作的，有些任务必须由硬件来实现，另外有些任务必须由软件来实现。但是也有些任务可以由软件来完成，也可由硬件来完成。般来说，增加硬件会提高成本，但能简化设计程序，且实时性好。反之，加重软件任务，会增加编程调试工作量，但能降低硬件成本。所以要合理的安排软硬件的结构。本系统步进电机速度的控制是由改变发出脉冲的时间间隔来实现的，用定时器来控制发出脉冲的时间间隔，这样更能发挥硬件实时性的优势，同时能够减轻软件的任务。由于本工作台控制系统采用单片机作为核心部件，利用单片机构成系统应从元件级进行系统设计，根据任务需要，选择合理的单片机并配置必须的存储器接口和外围设备来构成系统。在进行系统的扩展和配置设计时考虑了以下原则尽可能的选择典型电路，并符合单片机的常规用法。为硬件系统的标准化模块化打下良好的基础。系统的扩展与外围设备配置的水平应充分满足应用系统功能的要求，并留有适当的余地，以便进行二次开发。硬件结构应结合应用软件方案并考虑。硬件结构与软件方案会产生相互影响。考虑的原则是，软件能实现的功能尽可能的由软件来实现，以简化硬件电路。但是由软件实现的硬件功能，其响应的时间要比直接用硬件实现的时间长，而且占用时间。整个系统中的相关的器件要尽可能的做到性能匹配。单片机外接电路较多时，必须考虑其驱动能力，增设线驱动器或者减少芯片功耗，降低总线负载。根据以上设计原则及结构框图，逐设计出每个单元电路，最后组合起来，成为完整的硬件系统。步进电机图为三相反应式步进电机的工作原理图，其定子上有六个极，每个极上装有控制绕组，每相对的两极组成相。转子上有四个均匀