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TOP20【毕业设计】步进电机控制系统的设计与实现.doc文档免费在线阅读 TOP20【毕业设计】步进电机控制系统的设计与实现.doc文档免费在线阅读

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绕组呈现阶梯形变化,从而实现步距细分的目的。输出细分电流信号采用中查表法,它是通过在不同地址单元内写入不同的数据,用地址选择来实现不同通电方式下的可变步距细分。示例电路原理图是根据图设计的,其中选择是否输出细分控制信号,图都是图中的模块图。图图中的模块细分电流信号的实现从输出的数据加在比较器的端,计数器的计数值加在比较器的端,当计数机转轴的锁定力矩。此力矩是衡量电机体积几何尺寸的标准,与驱动电压及驱动电源等无关。虽然静转矩与电磁激磁安匝数成正比,与定齿转子间的气隙有关,但过份采用减小气隙,增加激磁安匝来提高静力分方案。步进细分的系统构成波形存储器图降的,在两相中间又插入了七个稳定的中间状态,原来步所转过的角度将由八步完成,实现了步距角的八细分。由此可见,步进电机的细分驱动的关键在于细分步进电机各相励磁绕组中的电流。本次设计采用四相步进电机八细即在零到最大电流之间能有多个稳定的中间电流状态,相应的磁场矢量幅值也就存在多个中间状态,这样,相邻两相或多相的全成磁场的方向也将有多个稳定的中间状态。四相步进电机八细分时的各相电流是以的步距上升或下电路设计以四相反应式步进电机为例,最多只能实现二细分,对于相数较多的步进电机可达到的细分数稍大些,但也很有限。因此要使可达到的数很大,就必须能控制步进电机各相励磁绕组中的电流,使其按阶梯上升或下降,增加,功率模块过热。而高细分在步进电机高速旋转时其优势并不明显,所以在不影响电机运行精度的情况下,系统根据转速对细分精度在之间自动调节,使电机更加平稳可靠的运行。图控制系统框图四硬件,是用来决定查表频率,在细分等级定的情况下速度越高电机转速越快。如果电机在高细分下高速旋转则脉冲频率就会很高,导致脉宽过小,使功率模块控制桥臂频繁开关,其结果是开关损耗大为全部采用位精度进行离散化。时钟由时钟经倍频产生。输出的波经功率模块放大后,控制步进电机运行。步进电机运行状态转速和转向通过指示。步进电机转速是由查表速度决定的开通关断。如果忽略死区时间控制每个桥臂的上下半桥的两路波互补即上半桥波为高低电平时,下半桥波为低高电平。系统采用位宽度计数器产生载波,载波频率,电流数据片上实现。为了控制绕组电流,在设计中引入电流跟踪型闭环反馈,反馈电流与给定的正弦电流离散的正弦表经过改进的比例积分调节后进行调制,输出路波,来控制驱动电路三个桥臂上的个弦阶梯波的规律变化。每给个步进脉冲,三相绕组的电流沿正弦阶梯波前进步,电机转动个步距角。步进电机控制系统框图如图所示。采用作为主控制芯片,将控制器与驱动器的数字电路部分集成在噪声和振荡现象。图步进电机细分驱动电路结构图控制器总体设计方案步进电机三相绕组的电流是正弦阶梯电流,通过改变给定电流的每次变化的阶梯数可以实现可变细分功能。驱动器的任务就是控制绕组的电流,使之按正瞬时电流值如式所示。图步进电机正弦细分三相绕组电流波形图图旋转力矩图细分驱动方式下,由于步距角小,步进电机的控制精度明显提高,同时这种驱动方式又有效抑制低速运行中产生的进电机而言,向绕组分别通以相位相差,而幅值相同的正弦波电流图,则合成的电流矢量在空间做幅值恒定的旋转运动,其对应的合成磁场矢量也作相应的旋转从而形成旋转力矩图。三相衡状态使电机内部的合成磁场为均匀的圆形旋转磁场,实现步距角变小电动机的旋转得到细化的目的。合成的磁场矢量的幅值决定了电机旋转力矩的大小,相邻两个合成磁场矢量的夹角大小决定了该步距角的大小。对于三相步子磁极获得更多种由于两相定子磁极的电磁吸引力差异而形成的平衡定位位置。步进电机细分驱动方式就是应用了这原理,在细分驱动时,细分控制器通过控制各相激磁绕组电流的逐步增大及逐步减小,让转子处于多个磁力平磁极间的电磁力来进行工作,当它处于双拍状态工作时,其定位位置是正好位于两通电磁极的中间,即依靠两通电磁极电磁吸引力的平衡而获得的。由此可以推论如果能够进步仔细地控制两磁极电磁吸引力的大小,使转步进电机的细分控制本质上是对步进电机励磁绕组中的电流进行控制,在普通驱动方式下,驱动电路只是通过对电动机绕组激磁电流的开和关,使步进电动机转子以其本身的步距角分步旋转。步进电动机靠定子转子磁步进电机的细分控制本质上是对步进电机励磁绕组中的电流进行控制,在普通驱动方式下,驱动电路只是通过对电动机绕组激磁电流的开和关,使步进电动机转子以其本身的步距角分步旋转。步进电动机靠定子转子磁极间的电磁力来进行工作,当它处于双拍状态工作时,其定位位置是正好位于两通电磁极的中间,即依靠两通电磁极电磁吸引力的平衡而获得的。由此可以推论如果能够进步仔细地控制两磁极电磁吸引力的大小,使转子磁极获得更多种由于两相定子磁极的电磁吸引力差异而形成的平衡定位位置。步进电机细分驱动方式就是应用了这原理,在细分驱动时,细分控制器通过控制各相激磁绕组电流的逐步增大及逐步减小,让转子处于多个磁力平衡状态使电机内部的合成磁场为均匀的圆形旋转磁场,实现步距角变小电动机的旋转得到细化的目的。合成的磁场矢量的幅值决定了电机旋转力矩的大小,相邻两个合成磁场矢量的夹角大小决定了该步距角的大小。对于三相步进电机而言,向绕组分别通以相位相差,而幅值相同的正弦波电流图,则合成的电流矢量在空间做幅值恒定的旋转运动,其对应的合成磁场矢量也作相应的旋转从而形成旋转力矩图。三相瞬时电流值如式所示。图步进电机正弦细分三相绕组电流波形图图旋转力矩图细分驱动方式下,由于步距角小,步进电机的控制精度明显提高,同时这种驱动方式又有效抑制低速运行中产生的噪声和振荡现象。图步进电机细分驱动电路结构图控制器总体设计方案步进电机三相绕组的电流是正弦阶梯电流,通过改变给定电流的每次变化的阶梯数可以实现可变细分功能。驱动器的任务就是控制绕组的电流,使之按正弦阶梯波的规律变化。每给个步进脉冲,三相绕组的电流沿正弦阶梯波前进步,电机转动个步距角。步进电机控制系统框图如图所示。采用作为主控制芯片,将控制器与驱动器的数字电路部分集成在片上实现。为了控制绕组电流,在设计中引入电流跟踪型闭环反馈,反馈电流与给定的正弦电流离散的正弦表经过改进的比例积分调节后进行调制,输出路波,来控制驱动电路三个桥臂上的个开通关断。如果忽略死区时间控制每个桥臂的上下半桥的两路波互补即上半桥波为高低电平时,下半桥波为低高电平。系统采用位宽度计数器产生载波,载波频率,电流数据全部采用位精度进行离散化。时钟由时钟经倍频产生。输出的波经功率模块放大后,控制步进电机运行。步进电机运行状态转速和转向通过指示。步进电机转速是由查表速度决定的,是用来决定查表频率,在细分等级定的情况下速度越高电机转速越快。如果电机在高细分下高速旋转则脉冲频率就会很高,导致脉宽过小,使功率模块控制桥臂频繁开关,其结果是开关损耗大为增加,功率模块过热。而高细分在步进电机高速旋转时其优势并不明显,所以在不影响电机运行精度的情况下,系统根据转速对细分精度在之间自动调节,使电机更加平稳可靠的运行。图控制系统框图四硬件电路设计以四相反应式步进电机为例,最多只能实现二细分,对于相数较多的步进电机可达到的细分数稍大些,但也很有限。因此要使可达到的数很大,就必须能控制步进电机各相励磁绕组中的电流,使其按阶梯上升或下降,即在零到最大电流之间能有多个稳定的中间电流状态,相应的磁场矢量幅值也就存在多个中间状态,这样,相邻两相或多相的全成磁场的方向也将有多个稳定的中间状态。四相步进电机八细分时的各相电流是以的步距上升或下降的,在两相中间又插入了七个稳定的中间状态,原来步所转过的角度将由八步完成,实现了步距角的八细分。由此可见,步进电机的细分驱动的关键在于细分步进电机各相励磁绕组中的电流。本次设计采用四相步进电机八细分方案。步进细分的系统构成波形存储器图图图中的二路选择器模块本次设计的步进电机系统是由计数器波形地址计数器波形存储器比较器功放电路等组成。其中,计数器在脉宽时钟作用下递增计数,产生阶梯形上升的周期性的锯齿波,同时加载到各数字比较器的端波形输出的数据分别加载到各数字比较器的另端。当计数器的计数值小于波形输出数值时,比较器输出低电平当计数器的计数值,比较输出高电平。由此可输出周期性的波形。根据图步进电机八细分电流波形的要求,将各个时刻细分电流波形所对应的数值存放于波形中,波形的地址由地址计数器产生。通过对地址计数器进行控制,可以改变步进电机的旋转方向转动速度工作停止状态。产生的信号控制各功率管驱动电路的导通和关断,其中信号随数据而变化,改变输出信号的占空比,达到限流及细分控制,最终使电机绕组呈现阶梯形变化,从而实现步距细分的目的。输出细分电流信号采用中查表法,它是通过在不同地址单元内写入不同的数据,用地址选择来实现不同通电方式下的可变步距细分。示例电路原理图是根据图设计的,其中选择是否输出细分控制信号,图都是图中的模块图。图图中的模块细分电流信号的实现从输出的数据加在比较器的端,计数器的计数值加在比较器的端,当计数机转轴的锁定力矩。此力矩是衡量电机体积几何尺寸的标准,与驱动电压及驱动电源等无关。虽然静转矩与电磁激磁安匝数成正比,与定齿转子间的气隙有关,但过份采用减小气隙,增加激磁安匝来提高静力矩是不可取的,这样会造成电机的发热及机械噪音。步进电机动态指标及术语步距角精度步进电机每转过个步距角的实际值与理论值的误差。用百分比表示误差步距角。不同运行拍数其值不同,四拍运行时应在之内,八拍运行时应在以内。失步电机运转时运转的步数,不等于理论上的步数。称之为失步。失调角转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度,电机运转必存在失调角,由失调角产生的误差,采用细分驱动是不能解决的。最大空载起动频率电机在种驱
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