基于单片机的步进电机驱动电路设计.docx
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1、基于单片机的步进电机驱动电路设计摘要步进电动机与一般电动机不同,它的角位移量或直线位移量正比于电脉冲数,而其线速度或转速那么正比于脉冲频率。并且在负载能力范围内,不会因电源电压、负载、环境条件的波动而变化。另外,步进电动机还可以在宽广的范围内,通过改变脉冲频率来调速,能够快速起动、反转和制动,并且步进电动机还有一定的自锁功能。步进电动机的上述特点,使得由它和驱动控制器组成的开环数控系统,既具有较高的控制精度,良好的控制性能,又能稳定可靠的工作。这些优点使得步进电动机在庞大的电机家族中占有不可替代的位置。AbstractSteppingmotorisdifferentfromGeneralMot
2、ors.Itsangulardisplacementorlineardisplacementisproportionaltothenumberofpulses.Anditsvelocityorspeedisproportionaltothepulsefrequency.Andintherangeofloadcapacity,notduetosupplyvoltage,load,fluctuationsinenvironmentalconditions.Inaddition,thesteppermotorcanalsobeawiderange,bychangingthepulsefrequenc
3、ytoSPeed,quickstart,reverseandbrake.Andthesteppermotorshasacertainself-locking.Thecharacteristicsofsteppermotor,madetheopen-loopcontrolsystemwhichismadeupbyitandthedrivercontroller,notonlyhashighcontrolprecision,goodcontrolperformance,butalsohasstableandreliablework.Theseadvantagesmakethesteppermoto
4、rhasanirreplaceablepositioninalargefamilyofmotoroccupies.第一章绪论引言步进电机在控制系统中具有广泛的应用。它可以把脉冲信号转换成角位移,并且可用作电磁制动轮、电磁差分器、或角位移发生器等。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。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-个脉冲信号,电机那么转过一个步距角。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、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。虽然步进电机已被广泛地应用,
5、但步进电机并不能象普通的直流电机,交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事,它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。目前,生产步进电机的厂家确实不少,但具有专业技术人员,能够自行开发,研制的厂家却非常少,大局部的厂家只一、二十人,连最根本的设备都没有。仅仅处于一种盲目的仿制阶段。这就给用户在产品选型、使用中造成许多麻烦。签于上述情况,我们决定以广泛的感应子式步进电机为例。表达其根本工作原理。望能对广阔用户在选型、使用、及整机改良时有所帮助。1.步进电机概述步进电机的种类和特点步进电机在构造上有三种主要类型:反响式(Var
6、iableReluctance,VR)、永磁式(PCrmanentMagnet1PM)和混合式(HybridStePPing,HS)。反响式定子上有绕组、转子由软磁材料组成。结构简单、本钱低、步距角小,可达1.2。、但动态性能差、效率低、发热大,可靠性难保证。永磁式永磁式步进电机的转子用永磁材料制成,转子的极数与定子的极数相同。其特点是动态性能好、输出力矩大,但这种电机精度差,步矩角大(一般为7.5。或15。).混合式混合式步进电机综合了反响式和永磁式的优点,其定子上有多相绕组、转子上采用永磁材料,转子和定子上均有多个小齿以提高步矩精度。其特点是输出力矩大、动态性能好,步距角小,但结构复杂、本
7、钱相对较高。按定子上绕组来分,共有二相、三相和五相等系列。最受欢送的是两相混合式步进电机,约占97%以上的市场份额,其原因是性价比高,配上细分驱动器后效果良好。该种电机的根本步距角为1.8。/步,配上半步驱动器后,步距角减少为0.9。,配上细分驱动器后其步距角可细分达256倍(0.007。/微步)。由于摩擦力和制造精度等原因,实际控制精度略低。同一步进电机可配不同细分的驱动器以改变精度和效果。步进电机的工作原理1.步进电机的工作原理该步进电机为一四相步进电机,采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按适宜的时序通电,就能使步进电机步进转动。图1是该四相反响式步进电机工作原理示意图。图1
8、四相步进电机步进示意图开始时,开关SB接通电源,SA、SC、SD断开,B相磁极和转子0、3号齿对齐,同时,转子的I、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿,2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。当开关SC接通电源,SB、SA、SD断开时,由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用,使转子转动,1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿,2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。依次类推,A、B、C、D四相绕组轮流供电,那么转子会沿着A、B、C、D方向转动。四相步进电机按照通电顺序的不同,可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式.单四拍与双四拍的步距角相等,但单四拍的转动
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