基于单片机的步进电机控制器设计毕业论文

基于单片机的步进电机控制器设计毕业论文内容摘要：

luctance，简称 VR)反应式步进 电机的转子是由软磁材料制成的，转子中没有绕组。 它的结构简单，成本低，步距角可以做得很小，但动态性能较差。 反应式步进电机有单段式和多段式两种类型； (2)永磁式步进电机 (Permanent Mag，简称 PM)永磁式步进电机的转子是用永磁材料制成的，转子本身就是一个磁源。 转子的极数和定子的极数相同，所以一般步距角比较大。 它输出转矩大，动态性能好，消耗功率小 (相比反应式 )，但启动运行频率较低，还需要正负脉冲供电； (3)混合式步进电机 (Hybrid，简称 HB)混合式步进电机综合了反应式和永 磁式两者的优点。 混合式与传统的反应式相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高，电流小，发热低。 步进电机的工作原理 结构及基本原理 步进电机在结构上也是由定子和转子组成，可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。 当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场，该矢量场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁极磁场方向与定子的磁场方向一着该磁场旋转一个角度。 因此，控制电机转子旋转实际上就是以一定的规律控制定子绕组的电流来产 生旋转的磁场。 每来一个脉冲电压，转子就旋转一个步距角，称为一步。 根据电压脉冲的分配方式，步进电机各相绕组的电流轮流切换，在供给连续脉冲时，就能一步一步地连续转动，从而使电机旋转。 电机将电能转换成机械能，步进电机将电脉冲转换成特定的旋转运动。 每个脉冲所产生的运动是精确的，并 5 可重复，这就是步进电机为什么在定位应用中如此有效的原因。 通过电磁感应定律 我们很容易知道 激励一个线圈绕组将产生一个电磁场，分为北极和南极，见图 所示。 定子产生的磁场使转子转动到与定子磁场对直。 通过改变定子线圈的通电顺序可使电机转子产生连 续的旋转运动。 两相电机的步进顺序 两相电机的单相通电步进顺序 在图 中我们很清晰的展示了在单相通电时一个两相步进电机的典型的步进顺序。 在第 1 步中，两相定子的 A 相通电，因异性相吸，其磁场将转子固定在图示位置。 当 A 相关闭、 B 相通电时，转子顺时针旋转 90176。 在第 3 步中， B相关闭、 A 相通电，但极性与第 1 步相反，这促使转子再次旋转 90176。 在第 4步中， A 相关闭、 B 相通电，极性与第 2 步相反。 重复该顺序促使转子按 90176。 的步距角顺时针旋转 [8] [9]。 图 激励线圈产生电磁场 6 图 两相电机的单相通电 步进顺序 两相电机的双相通电步进顺序 图 中显示的步进顺序称为“单相激励”步进。 更常用的步进方法是“双相激励”，其中电机的两相一直通电。 但是，一次只能转换一相的极性，见图 所示。 在第 1 步中，两相定子的 A 相和 B 相同时通电，因异性相吸，再加上力的相互作用关系，其磁场将转子固定在图示 step1 位置。 在第 2 步中，两相定子的 A 相关闭，而 B 和 a 相（此时的 a 相通电极性与第 1 步 A 相反）同时通电，因异性相吸，再加上力的相互作用关系，其磁场将转子固定在图示 step2 位置。 在第 3 步中，两相定子的 a 相和 b 相同时通电，因异性相吸，再加上力的相互作用关系，其磁场将转子固定在图示 step3 位置。 在第 4 步中，两相定子的 b 相和A 相同时通电，因异性相吸，再加上力的相互作用关系，其磁场将转子固定在图示 step4 位置。 按 照这样的通电方式电机就转过了一周 [8] [9]。 两相步进时，转子与定子两相之间的轴线处对直。 由于两相一直通电，本方法比“单相通电”步进多提供了 %的力矩，但输入功率却为 2 倍。 7 图 两相电机的 双 相通电步进顺序 步进电机的半步工作方式 电机也可在转换相位之间插入一个关闭状态而走“半步”。 这将步进电机的整个步距角一分为二。 例如，一个 90176。 的步进电机将每半步移动 45176。 ，见图。 但是，与“两相通电”相比，半步进通常导致 15%～ 30%的力矩损失（取决于步进速率）。 在每交换半步的过程中，由于其 中一个绕组没有通电，所以作用在转子上的电磁力要小，造成了力矩的净损失。 从原理图我们很容易看到半步工作方式其实就是将两相电机的单相通电工作方式和两相电机的双相通电工作方式相互结合起来。 两相步进电机的工作模式有两相四拍和两相八拍等两种，其中我们在图 和图 中展示的都叫做两相四拍工作模式，而下面的 图展示的就是两相八拍工作模式 [8] [9]。 8 图 两相电机的半步步进顺序 9 第 3章 步进电机驱动控制技术 在混合式步进电动机特点和工作原理的基础上，本章就步进电动机的驱动控制技 术进行了详细的分析和比较。 首先介绍了传统的驱动方式 :单电压驱动 (包括单电压串电阻驱动 )、双电压驱动 (包括高低压驱动 )和恒流斩波驱动的工作原理及优缺点，然后重点介绍了细分驱动方式的原理及其模型。 3． 1 步进电动机的驱动概述 一般驱动系统。