实验8.步进电机控制设计

实验8.步进电机控制设计
实验8.步进电机控制设计

实验8.步进电机控制设计

【实验目的】

掌握步进电机控制原理,熟悉C51编程与调试方法。

【实验原理】

实验电路原理图如图A.120所示,图中达林顿驱动器U2接于P1.0~P1.3,步进电机接在U2的输出端。按键K1~K2接于P0.0~P0.1。

图A.120 实验8的电路原理图

在编程软件配合下,要求实现如下功能:单击K1控制步进电机正转;单击K2,控制步进电机反转,连续按K1、K2,步进电机可连续旋转。

步进电机控制编程原理:根据励磁方法建立励磁顺序数组,以半步励磁法为例,励磁顺序数组的元素为:0x02,0x06,0x04,0x0C,0x08,0x09,0x01,0x03。程序启动后,根据案件状态修改励磁顺序数组的指针值,即单击K1时时针右移一位,随后将数组当前值由P2口输出,如此循环。注意,在P2口两次输出之间需要插入软件延时。

【实验内容】

(1)学习单片机对步进电机的速度与方向控制原理;

(2)编写3种励磁方案程序,即1相励磁、2相励磁和1~2相励磁;

(3)比较不同励磁方案的步进电机仿真效果。

【实验步骤】

(1)提前阅读与实验8相关的阅读材料;

(2)参考图A.120;和表A.9,在ISIS中完成原理图的绘制;

(3)采用μVision3进行C51动态显示和A/D转换编程及调试。

【实验要求】

提交实验报告并包括如下内容:电路原理图、A/D转换原理分析、C51源程序(含注释语句)、仿真运行截图及实验小结。

【参考图表】

【实验程序】

/*步进电机控制程序*/

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

void delay();//声明延时函数

code table[]={0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09,0x01,0x03};//励磁顺序数组

sbit K1=P0^0;//定义两个按键

sbit K2=P0^1;

void main()

{

while(1)

{

chari;

if(K1==0){delay();i++;if(i==8)i=0;}//K1按下,顺读数组(逆时针转)

if(K2==0){delay();i--;if(i==0)i=8;}//K2按下,逆读数组(顺时针转)

delay();

P2=table[i];//P2口输出励磁顺序

}

}

void delay()//延时函数

{

uchark,l;

for(k=125;k>0;k--)

for(l=200;l>0;l--);

}

【仿真截图】

【实验小结】

通过这次实验我掌握了步进电机工作原理的极编程的方法,同时做实验时要仔细,要按步骤来,避免人为错误,避免出现电路连接错误。

步进电机控制实验

步进电机控制实验 一、实验目的: 了解步进电机工作原理,掌握用单片机的步进电机控制系统的硬件设计方法,熟悉步进电机驱动程序的设计与调试,提高单片机应用系统设计和调试水平。 二、实验容: 编写并调试出一个实验程序按下图所示控制步进电机旋转: 三、工作原理: 步进电机是工业过程控制及仪表中常用的控制元件之一,例如在机械装置中可以用丝杠把角度变为直线位移,也可以用步进电机带螺旋电位器,调节电压或电流,从而实现对执行机构的控制。步进电机可以直接接收数字信号,不必进行数模转换,用起来非常方便。步进电机还具有快速启停、精确步进和定位等特点,因而在数控机床、绘图仪、打印机以及光学仪器中得到广泛的应用。 步进电机实际上是一个数字/角度转换器,三相步进电机的结构原理如图所示。从图中可以看出,电机的定子上有六个等分磁极,A、A′、B、B′、C、C ′,相邻的两个磁极之间夹角为60o,相对的两个磁极组成一相(A-A′,B-B′,C-C′),当某一绕组有电流通过时,该绕组相应的两个磁极形成N极和S极,每个磁极上各有五个均匀分布矩形小齿,电机的转子上有40个矩形小齿均匀地分布的圆周上,相邻两个齿之间夹角为9°。 当某一相绕组通电时,对应的磁极就产生磁场,并与转子形成磁路,如果这时定子的小齿和转子的小齿没有对齐,则在磁场的作用下,转子将转动一定的角度,使转子和定子的齿相互对齐。由此可见,错齿是促使步进电机旋转的原因。 三相步进电机结构示意图 例如在三相三拍控制方式中,若A相通电,B、C相都不通电,在磁场作用下使转子齿和A相的定子齿对齐,我们以此作为初始状态。设与A相磁极中心线对齐的转子的齿为0

步进电动机的工作原理与特点

步进电动机的工作原理及特点随着微电子和计算机技术的发展,步进电机的需求量与日俱增,它广泛用于打印机、电动玩具等消费类产品以及数控机床、工业机器人、医疗器械等机电产品中,其在各个国民经济领域都有应用。研究步进电机的控制系统,对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。 1 步进电机概述 步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机,国外一般称为Steppingmotor、Pulse motor或Stepper servo,其应用发展已有约80年的历史。步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或角位移的控制电机,其位移速度与脉冲频率成正比,位移量与脉冲数成正比。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。步进电机每转一周的步数相同,在不丢步的情况下运行,其步距误差不会长期积累。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,同时步进电机只有周期性的误差而无累积误差,精度高,步进电动机可以在宽广的频率围通过改变脉冲频率来实现调速、快速起停、正反转控制等,这是步进电动机最突出的优点[1]。 正常情况下,步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比;连续输入一定频率的脉冲时,电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系,不受电压波动和负载变化的影响。由于步进电动机能直接接收数字量的输入,所以特别适合于微机控制。 2国外的研究概况 步进电机是国外发明的。中国在文化大革命中已经生产和应用,例如、、、、都生产,而且都在各行业使用,驱动电路所有半导体器件都是完全国产化的,当时是全分立元器件构成的逻辑运算电路,还有电容耦合输入的计数器,触发器,环形分配器。国外在大功率的工业设备驱动上,目前基本不使用大扭矩步进电动机,因为从驱动电路的成本,效率,噪音,加速度,绝对速度,系统惯量与最大扭矩比来比较,比较不划算,还是用直流电动机,加电动机编码器整体技术和经济指标高。一些少数高级的应用,就用空心转杯电机,交流电机。国外在小功率的场合,还使用步进电机,例如一些工业器材,工业生产装备,打印机,复印件,速印机,银行自动柜员机。国外用许多现代的手段将步进电机排挤出驱动应用,除了前面提到的旋转编码器,打印机还使用光电编码带或感应编码带配合直流电动机,实现闭环直线位移控制。国过去是用大力矩步进电动机实现机床数控,有实力的公司现在也采用交流电动机驱动数控机床,在驱动设备的主要差距,是国外对交流电动机的控制理论与工程分析和应用能力强,先进的控制理论作为软件,写在控制器部。 总的来说,步进电机是一种简易的开环控制,对运用者的要求低,不适合在大功率的场合使用。 在卫星、雷达等应用场合,中国在文化大革命后期,就生产了力矩电机,就生产了环形

嵌入式电机转动控制实验..

《嵌入式系统设计与实例开发》(2011-2012学年第2学期) 实 验 报 告 实验五电机转动控制实验----c语言实现方法

电机转动控制实验—C语言实现方法 一、实验目的 1.熟悉ARM本身自带的六路即三对PWM,掌握相应寄存器的配置。 2.编程实现ARM系统的PWM输出和I/O输出,前者用于控制直流电机,后者用于控制步进电机。 3.了解直流电机和步进电机的工作原理,学会用软件的方法实现步进电机的脉冲分配,即用软件的方法代替硬件的脉冲分配器。 4.掌握带有PWM和I/O的CPU编程实现其相应功能的主要方法。 二、实验内容 学习步进电机和直流电机的工作原理,了解实现两个电机转动对于系统的软件和硬件要求。学习ARM知识,掌握PWM的生成方法,同时也要掌握I/O的控制方法。 1.编程实现ARM芯片的一对PWM输出用于控制直流电机的转动,通过A/D旋钮控制其正反转及转速。 2.编程实现ARM的四路I/O通道实现环形脉冲分配用于控制步进电机的转动,通过A/D 旋钮转角控制步进电机的转角。 3.通过超级终端来控制直流电机与步进电机的切换。 三、预备知识 1、用ARM SDT 2.5或ADS1.2集成开发环境,编写和调试程序的基本过程。 2、ARM应用程序的框架结构。 3、会使用Source Insight 3 编辑C语言源程序。 4、掌握通过ARM自带的A/D转换器的使用。 5、了解直流电机的基本原理。 6、了解步进电机的基本原理,掌握环形脉冲分配的方法。 四、实验设备及工具 硬件:ARM嵌入式开发平台、用于ARM7TDMI的JTAG仿真器、PC机Pentium100以上。 软件:PC机操作系统win98、Win2000或WinXP、ARM SDT 2.51或ADS1.2集成开发环境、仿真器驱动程序、超级终端通讯程序。 五、实验原理 1.直流电机 1)直流电动机的PWM电路原理 晶体管的导通时间也被称为导通角а,若改变调制晶体管的开与关的时间,也就是说通过改变导通角а的大小,如图2-22所示,来改变加在负载上的平均电压的大小,以实现对电动机的变速控制,称为脉宽调制 (PWM)变速控制。在PWM变速控制中,系统采用直流电源,放大器的频率是固定,变速控制通过调节脉宽来实现。 构成PWM的功率转换电路或者采用"H"桥式驱动,或者采用 "T"式驱动。由于"T"式电路要求双电源供电,而且功率晶体管承受的反向电压为电源电压的两倍。因此只适用于小功率低电压的电动机系统。而"H"桥式驱动电路只需一个电源,功率晶体管的耐压相对要求也低些,所以应用得较广泛,尤其用在耐高压的电动机系统中。

步进电机的简单电路控制

课程设计说明书 课程设计名称:数字电路课程设计 课程设计题目:步进电机简单的控制电路 学院名称:南昌航空大学信息工程学院 专业:班级: 学号:姓名: 评分:教师: 2013 年 9 月 9 日 数字电路课程设计任务书 20 13-20 14 学年第 1 学期第 2 周- 4 周

注:1、此表一组一表二份,课程设计小组组长一份;任课教师授课时自带一份备查。 2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。

步进电机是一种原理为利用电子电路的电脉冲信号转变为角位移或线位移的感应电机。通过简单的数字电路来控制它的转速并可以利用数码管来计算其转动的圈数,便可以实现电机的正反向转动,并且在数码管上精确的显示出它转动的圈数,从而广泛应用于实际生活当中。其中涉及到计算机,数字电路,电机,机械,完成了简单的自动化控制流程,将所学知识应用于工程中,增加实践动手能力。 关键词:分频、时序控制、脉冲计数

前言 (1) 第一章设计内容及要求 (1) 第二章系统的组成及工作原理 (2) 第三章单元电路设计 (2) 3.1多谐振荡器 (2) 3.2 步进电机信号控制电路 (3) 3.3转速的测量及显示电路 (4) 第四章调试 (5) 4.1电路排板及制作 (5) 4.2电路的调试 (5) 第五章总结 (6) 附录1:设计原理图 (7) 附录2:PCB电路图 (8) 附录3: 元件清单 (9)

前言 步进电机最早出现于上世纪,源于资本主义的造船工业,是一种可以自由转动的电磁铁,其工作原理和如今的反应式电机差不多,是依靠磁导来产生电磁矩,从而实现转动。 到了80年代之后,微型计算机逐步的应用于工业与生活中,使得步进电机的控制更加的灵活多样,最主要的是利用分立元件或者小型的集成电路来控制,但是对元件的需求量很大,调试也很复杂,出现问题需要花大量的精力来调试,因此,通过计算机软件来控制步进电机是必然的趋势,以提高工作效率。 现在的步进电机主要是由数字电路组成,也是利用集成电路来控制电路,但是大大的提高了其精度,更好的满足工业发展的需要。目前用到最多的是混合式步进电机,并具有很好的发展前景。 步进电机按照工作原理可分为永磁式、磁阻式和永磁感应子式三种。 今后步进电机将会有以下四个方面的发展,为减小其占用的空间从而会往小型方向发展,以更加的适用于工业制造当中;为增加力矩,从而会将圆形改为方形,以提高其工作效率;为体现其优越的控制性能,从而会偏向于一体化设计,以实现电子自动化控制,更加灵活方便;为降低其成本,增加其性能,从而会向三相和五相的方向发展,以充分实现其优越性能。 步进电机以其显着的特点,在电子数字化时代将发挥重大作用,将广泛应用于数控车床、机器人、航空工业和电子领域中,可完成工作量大,任务复杂、精度高的制造业以及代替人类完成不利于身体健康的工业中,为生活带来更多的便利。 第一章设计内容及要求 基本要求:1、利用proteus软件设计步进电机的工作原理图,并进行仿真。 2、调试及实现。 (1)实现步进电机根据输入的脉冲旋转的相应圈数。 (2)可以实现复位,正反转控制,由4个LED代替4个线圈。 (3)实现步进电机的加速、减速功能。

步进电动机控制方法

<<技能大赛自动线的安装与调试>>项目二等奖 心得二 心得二:步进电机的控制方法 我带队参加《2008年全国职业院校技能大赛自动线的安装与调试》项目,我院选手和其他院校的三位选手组成了天津代表队,我院选手所在队获得了《2008年全国职业院校技能大赛自动线的安装与调试》项目二等奖,为天津市代表队争得了荣誉,也为我院争得了荣誉。以下是我这个作为教练参加大赛的心得二:步进电机的控制方法 《2008年全国职业院校技能大赛自动线的安装与调试》项目的主要内容包括如气动控制技术、机械技术(机械传动、机械连接等)、传感器应用技术、PLC控制和组网、步进电机位置控制和变频器技术等。但其中最为重要的就是PLC方面的知识,而PLC中最重要就是组网和步进电机的位置控制。 一、 S7-200 PLC 的脉冲输出功能 1、概述 S7-200 有两个置PTO/PWM 发生器,用以建立高速脉冲串(PTO)或脉宽调节(PWM)信号波形。 当组态一个输出为PTO 操作时,生成一个50%占空比脉冲串用于步进电机或伺服电 机的速度和位置的开环控制。置PTO 功能提供了脉冲串输出,脉冲周期和数量可由用户控制。但应用程序必须通过PLC内置I/O 提供方向和限位控制。 为了简化用户应用程序中位控功能的使用,STEP7--Micro/WIN 提供的位控向导可以帮助您在几分钟内全部完成PWM,PTO 或位控模块的组态。向导可以生成位置指令,用户可以用这些指令在其应用程序中为速度和位置提供动态控制。 2、开环位控用于步进电机或伺服电机的基本信息 借助位控向导组态PTO 输出时,需要用户提供一些基本信息,逐项介绍如下: ⑴最大速度(MAX_SPEED)和启动/停止速度(SS_SPEED) 图1是这2 个概念的示意图。 MAX_SPEED 是允许的操作速度的最大值,它应在电机力矩能力的范围。驱动负载所需的力矩由摩擦力、惯性以及加速/减速时间决定。

三相双三拍步进电机控制系统设计要点

摘要 进步电机是几点数字控制系统中常用的控制元件之一。由于其精度高,体积小,控制方便灵活,因此在智能仪表和位置中得到广泛的应用。 步进电机是机电控制中一种常见的执行机构。步进电机最早是在1920年由英国人所开发。1950年后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上,这对于数字化的控制变得更为容易。以后经过不断改良,使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解性能、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。步进电机作为执行元件,是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展,步进电机的需求量与日俱增,在各个国民经济领域都有应用。他易于实现与计算机或其他数字元件接口,适用于数字控制系统。

1 课程设计任务和要求 课程设计任务 设计一个三相步进电机控制系统,设计一个计算机步进电机程序控制系统,可以对步进电机的转速、转向以及位置进行控制。通过设计,掌握步进电机的工作原理、掌握步进电机控制系统的设计原理、设计步骤,进一步提高综合运用知识的能力。 要求完成的主要任务: (1)设计接口电路和驱动电路,对步进电机进行控制。 (2)选择控制算法,编写控制程序,实现三相步进电机在双三拍工作方式下先正转90度,然后再反转60度,要求其速度可调,转向可控。 (3)写出设计说明书。 课程任务要求 (1)查阅资料,确定设计方案 (2)选择器件,设计硬件电路,并画出原理图和PCB图 (3)画出流程图,编写控制程序 (4)撰写课程设计说明书 2 步进电机的概述 2.1 步进电机的特点 1)一般步进电机的精度为步进角的3-5%,且不累积。 2)步进电机外表允许的温度高。步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁,从而导致力矩下降乃至于失步,因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点;一般来讲,磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上,有的甚至高达摄氏200度以上,所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。 3)步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时,电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势;频率越高,反向电动势越大。在它的作用下,电机随频率(或速度)的增大而相电流减小,从而导致力矩下降。 4)步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。步进电机有一个技术参数:空载启动频率,即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率,如果脉冲频率高于该值,电机不能正常启动,可能发生丢步或堵转。在有负载的

五项步进电动机的控制

毕业设计(论文) 学院 专业 姓名

XX大学 毕业设计(论文)任务书

前言 随着现代工业自动化的日益发展,电动机作为重要的电器元件,被广泛的应用在各种自动化控制系统中。步进电动机由于其具有易于电脑操作、步数误差小、精度高、使用系统时间长和成本低等优点,被广泛应用于工业控制中。其中五相混合式步进电机总体性能优于其它种类的步进电动机,是工业上应用最为广泛的步进电动机品种,被广泛的应用在各个领域中。所以对五相步进电动机实现自动化是工业自动化的必然趋势。打印机作为计算机的输出设备之一,运用步进电动机作为打印机的字车动力源和走纸机构,通过牵引机构将步进电动机的转动转变为走纸移动,可以实现打印纸的纵向移动,因其要求精度比较高,所以,打印机的走纸结构能够使用五相步进电动机来控制。对五相步进电动机的使用,工业中应用比较广泛,但大都应用于高精度的机床控制系统中,整个系统比较庞大,所以,本文以步进电动机在的打印机中的精密控制为背景介绍使用PLC控制五相步进电动机按照给定频率自动运行和自由调速的模拟控制方法。

摘要 主要阐述了以五相步进电动机在针式打印机走纸结构中的应用为背景,介绍了一种用三菱FX-2N系列PLC实现对规格型号90BYG550A-0301的五相步进电动机控制的方法,利用PLC产生脉冲信号对五相步进电动机进行模拟控制,实现对五相步进电动机五个绕组的通电状态,达到五相步进电动机按照固定速度的循环自动运行的目的,并实现步进电动机正反转和调速控制。用PLC控制五相步进电动机驱动针式打印机的走纸结构控制纸张的进退,实现打印机的打印工作。基于PLC控制的步进电动机具有设计简单,实现方便,定位精度搞,参数设置灵活等有点,在工业过程控制中使用可靠性高,监控方便。本设计还包括步进电动机的工作原理和特点,PLC的主要功能和应用,各硬件软件元件的介绍选择以及控制程序的编程方法。 关键字:五相步进电动机,PLC控制

实验6(步进电机实验)

实验6:步进电机实验 一、实验目的 了解直流电机和步进电机的工作原理 学会Linux下用软件的方法实现步进电机的脉冲分配,用软件 的方法代替硬件的脉冲分配器 二、实验内容 学习步进电机的工作原理,了解实现电机转动对于系统的软件和硬件要求。学习ARM知识,要掌握I/O的控制方法。Linux下编程实现ARM的四路I/O通道实现环形脉冲分配用于控制步进电机的转动。 三、预备知识 C语言的基础知识、程序调试的基础知识和方法,Linux的基本操作。Linux关于module的必要知识。 四、实验设备及工具 硬件:UP-NETARM2410-S嵌入式实验平台、PC机Pentium 500以上,硬盘10G以上 软件:PC机操作系统REDHAT LINUX 9.0+MINICOM+ARM-LINUX开发环境 五、实验原理 1、步进电机概述 步进电机是一种能够将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件,它实际上是一种单相或多相同步电动机。单相步进电动机有单路电脉冲驱动,输出功率一般很小,其用途为微小功率驱动。多相步进电动机有多相方波脉冲驱动,用途很广。使用多相步进电动机时,单路电脉冲信号可先通过脉冲分配器转换为多相脉冲信号,在经功率放大后分别送入步进电动机各相绕组。每输入一个脉冲到脉冲分配器,电动机各相的通电状态就发生变化,转子会转过一定的角度(称为步距角)。正常情况下,步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比;连续输入一定频率的脉冲时,电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系,不受

电压波动和负载变化的影响。由于步进电动机能直接接收数字量的输入,所以特别适合于微机控制。 2、步进电机的种类 目前常用的步进电机有三类: 1、反应式步进电动机(VR)。它的结构简单,生产成本低,步距角可以做的相当小,但动态性能相对较差。 2、永磁式步进电动机(PM)。它的出力大,动态性能好;但步距角一般比较大。 3、混合步进电动机(HB)。它综合了反应式和永磁式两者的优点,步距角小,出力大,动态性能好,是性能较好的一类步进电动机。 3、步进电机的工作原理 现以反应式三相步进电机为例说明其工作原理。定子铁心上有六个形状相同的大齿,相邻两个大齿之间的夹角为60度。每个大齿上都套有一个线圈,径向相对的两个线圈串联起来成为一相绕组。各个大齿的内表面上又有若干个均匀分布的小齿。转子是一个圆柱形铁心,外表面上圆周方向均匀的布满了小齿。转子小齿的齿距是和定子相同的。设计时应使转子齿数能被二整除。但某一相绕组通电,而转子可自由旋转时,该相两个大齿下的各个小齿将吸引相近的转子小齿,使电动机转动到转子小齿与该相定子小齿对齐的位置,而其它两相的各个大齿下的小齿必定和转子的小齿分别错开正负1/3的齿距,形成“齿错位”,从而形成电磁引力使电动机连续的转动下去。 和反应式步进电动机不同,永磁式步进电动机的绕组电流要求正,反向流动,故驱动电路一般要做成双极性驱动。混合式步进电动机的绕组电流也要求正,反向流动,故驱动电路通常也要做成双极性。 4、开发板中步进电机控制的实现 本开发板中使用的步进电机为四相步进电机。转子小齿数为64。 系统中采用四路I/O进行并行控制,ARM控制器直接发出多相脉冲信号,在通过功率放大后,进入步进电机的各相绕组。这样就不再需要脉冲分配器。脉冲分配器的功能可以由纯软件的方法实现。

步进电机控制电路设计

黄冈职业技术院 系别:07 机电工程系 专业: 应用电子 班级:二班 设计者:戴久志、邓修海、徐凯 指导老师: 温锦辉 设计课题: 液晶8279步进电机系统 设计时间: 二0一一年四月二十号 步进电机控制电路设计 1、系统基本方案 根据设计要求,步进电机控制电路可以分为控制模块、显示模块、电源模块、键盘模块、电机驱动模块、步进电机部分。步进电机控制电路基本模块方框图如图1.1所示。 2、系统硬件设计与实现 2.1、步进电机介绍 随着工业技术的不断进步,在自动化控制、精密机械加工、航空航天技术及所有要求高

精度定位等高新技术领域,步进电机的得到了广泛的应用。步进电机是一种将脉冲信号转化为角位移的执行机构。若在其输入端加入有规律的脉冲信号,就能驱动步进电机按设定的方向移动一定的距离或转动一个角度(称为“步距角”)。从结构上步进电机分为单相、双相、三相、四相、五相、六相等多种。本次设计使用步进电机分为A、B、C、D四相绕组,每相通电一次称为一拍。四相步进电机根据不同的通电规律可分为几种工作模式: ⑴、四相单四拍:A-B-C-D; ⑵、四相双四拍:AB-BC-CD-DA; ⑶、四相单八拍:A-AB-B-BC-C-CD-D-DA; ⑷、四相双八拍:AB-ABC-BC-BCD-CD-CDA-DA-DAB。 步进电机的正反转与电机每相的通电顺序有关,可以改变相序来改变电机的正反转。步进电机每步所旋转角度的大小,称为步距角(βB)。它是由电机本身转子的齿数(Z R)。一个通电循环内通电节拍数(M Q)决定的。即βB=360/ Z R M Q。电机出厂的步距角是固定的。四相步进电机的步距角为0.90/1.80(表示半步工作时为0.90,整步工作时为1.80)。步进电机转速的高低与控制脉冲频率有关。改变控制脉冲频率,可改变电机转速。 2.2、步进电机驱动模块 步进电机的驱动电路采用常用的电动机驱动芯片L298,它能够接受标准的TTL电平控制信号,驱动电机。L298操作时能提供的电压能达到46V,直流电流4A,具有过热保护功能,逻辑“0”的输入电压达到1.5V。L298在控制器的控制下驱动一个步进电动机,控制器产生L298年需的控制信号,以控制步进电机的运动状态。为了防止定子绕组的电感作用,使得电流切换时产生过电压,步进电机每相绕组两端都须并联一个用天在换相时起续流作用的肖基特二极管。步进电机驱动电路原理图如图 图2.2.1 步进电机驱动电路原理图 2.3、控制子程序 2.3.1、四相单四拍正转子程序 四相单四拍正转子程序主要用于控制步进电机以步距角为 1.80角度顺时针旋转。控制器从端口依次向步进电机的每相输出脉冲信号。每输出一个脉冲信号步进电机转动一定的角度。其工作模式为:A-B-C-D。 ;******单四拍正转****** MOV P1,#01H ACALL DELAY2 MOV P1,#02H ACALL DELAY2 MOV P1,#04H ACALL DELAY2 MOV P1,#08H ACALL DELAY2 2.3.2、四相单四拍反转子程序 四相单四拍反转子程序主要用于控制步进电机以步距角为 1.80角度逆时针旋转。其工作模式为:D-C-B-A。 ;******四拍反转******

三相步进电机原理与控制方法资料(精)

本模块由45BC340C型步进电机及其驱动电路组成。 (一步进电机: 一般电动机都是连续旋转,而步进电动却是一步一步转动的,故叫步进电动机。每输入一个脉冲信号,该电动机就转过一定的角度(有的步进电动机可以直接输出线位移,称为直线电动机。因此步进电动机是一种把脉冲变为角度位移(或直线位移的执行元件。 步进电动机的转子为多极分布,定子上嵌有多相星形连接的控制绕组,由专门电源输入电脉冲信号,每输入一个脉冲信号,步进电动机的转子就前进一步。由于输入的是脉冲信号,输出的角位移是断续的,所以又称为脉冲电动机。 随着数字控制系统的发展,步进电动机的应用将逐渐扩大。 步进电动机的种类很多,按结构可分为反应式和激励式两种;按相数分则可分为单相、两相和多相三种。 图1 反应式步进电动机的结构示意图 图1是反应式步进电动机结构示意图,它的定子具有均匀分布的六个磁极,磁极上绕有绕组。两个相对的磁极组成一组,联法如图所示。

模块中用到的45BC340型步进电机为三相反应式步进电机,下面介绍它单三拍、六拍及双三拍通电方式的基本原理。 1、单三拍通电方式的基本原理 设A相首先通电(B、C两相不通电,产生A-A′轴线方向的磁通,并通过转子形成闭合回路。这时A、A′极就成为电磁铁的N、S极。在磁场的作用下,转子总是力图转到磁阻最小的位置,也就是要转到转子的齿对齐A、A′极的位置(图2a;接着B相通电(A、C 两相不通电,转了便顺时针方向转过30°,它的齿和C、C′极对齐(图2c。不难理解,当脉冲信号一个一个发来时,如果按A→C→B→A→…的顺序通电,则电机转子便逆时针方向转动。这种通电方式称为单三拍方式。 图2 单三拍通电方式时转子的位置 2、六拍通电方式的基本原理 设A相首先通电,转子齿与定子A、A′对齐(图3a。然后在A相继续通电的情况下接通B相。这时定子B、B′极对转子齿2、4产生磁拉力,使转子顺时针方向转动,但是A、A′极继续拉住齿1、3,因此,转子转到两个磁拉力平衡为止。这时转子的位置如图3b所示,即转子从图(a位置顺时针转过了15°。接着A相断电,B相继续通电。这时转子齿2、4和定子B、B′极对齐(图c,转子从图(b的位置又转过了15°。

电机传动与控制实验指导书

实验一步进电机基本原理实验 一、实验目的 1、了解步进电动机的基本结构和工作原理。 2、掌握步进电机驱动程序的设计方法。 二、实验原理 步进电动机又称为脉冲电机,是工业过程控制和仪表中一种能够快速启动、反转和 制动的执行元件。其功能是将电脉冲转换为相应的角位移或直线位移。步进电动机的运 转是由电脉冲信号控制的,步进电动机的角位移量或线位移量与脉冲数成正比,每给一 个脉冲,步进电机就转动一个角度(步距角)或前进/倒退一步。步进电机旋转的角度由 输入的电脉冲数确定,所以,也有人称步进电动机为一个数字/角度转换器。 当某一相绕阻通电时,对应的磁极产生磁场,并与转子形成磁路,这时,如果定子 和转子的小齿没有对齐,在磁场的作用下,由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特点, 转子将转动一定的角度,使转子与定子的齿相互对齐,由此可见,错齿是促使电机旋转 的原因。 四相步进电动机以四相单四拍、四相双四拍、四相八拍方式工作时的脉冲分配表如 表1,表2和表3 表1 四相单四拍脉冲分配表表2 四相双四拍脉冲分配表 表3 四相八拍脉冲分配表 如步进电动机每一相均停止通电,则电机处于自由状态;若某一相一直通直流电时,

则电机可以保持在固定的位置上,即停在最后一个脉冲控制的角位移的终点位置上,这样,步进电动机可以实现停车时转子定位。这就是步进电动机的自锁功能。当步进电机处于自锁时,若用手旋转它,感觉很难转动。 三、实验步骤: 1.将DRYDC-A型运动控制台的电源线和串行通信接口线连接好。 2.打开DRMU-ME-B综合实验台的电源总开关,开关电源的开关,采集仪开关。 启动硬件设备。 3.打开计算机,从桌面或程序组运行DRLink主程序,然后点击DRLink快捷 工具条上的“联机注册”图标,选择“DRLink采集主卡检测”进行注册。 没有使用信号采集主卡的用户可选择:“局域网服务器”进行注册,此时,必需在对话框中填入DRLink服务器的主机IP地址。 4.点击DRLink快捷工具条上“文件夹”图标,出现文件选择对话框,在实验 目录中选择“步进电机基本原理”实验,并启动该实验。 5.点击该实验脚本中的“开关”按钮,向运动控制卡下载实验程序。 6.本实验中先做步进电机的驱动实验:选择运行方式为“连续驱动”,依次选 择步进电机的工作方式为:四相单四拍、四相双四拍、四相八拍;方向可以是任意的;脉冲间隔参数可用5~10ms。点“电机驱动”按钮,驱动电机工作。观察电机的工作情况。(对于四相八拍的工作方式,脉冲间隔最小可以到2ms)终止电机运行请在运行方式中选择“停止保持”或“停止不保持”。 7.步进电机的自锁实验:运行方式选择“停止保持”,其它参数不变,点“电 机驱动”按钮。可以使步进电机某相通电,处于“自锁”状态。此时,用手转动电机的皮带轮,可以感到转动比较困难。 8.步进电机的步距角演示:运行方式选择“单步驱动”,点“电机驱动”按钮。 每点击一次“电机驱动”按钮,步进电机旋转一个角度,这个角度就是步距角。对于本实验台步距角为1.8o。 除了可以使用DRLink平台下的实验脚本进行本实验外,还可以使用C-51的C语言程序进行本实验。本运动控制平台在内部使用了DRMC-A型运动控制卡,其CPU是ADUC842,关于ADUC842的硬件的详细信息,请参考我们提供的pdf 文档。在DRMC-A型运动控制台,步进电机的端口地址:0x8000,用低4位表示电机的4相,1表示发送脉冲,0表示空。根据步进电机的工作方式的脉冲分配表(表1~3),逐步向端口的低4位写入0和1就可以了。具体的程序请参考StepMotor1.c~StepMotor5.c。在生成执行代码后,按运动控制台的“PRG”+“RST”按钮后,使用Windows Serial Downloader将执行程序下载到单片机内。

步进电机驱动电路设计

https://www.360docs.net/doc/055008395.html,/gykz/2010/0310/article_2772.html 引言 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。驱动器接收到一个脉冲信号后,驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。首先,通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;其次,通过控制脉冲顿率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到涮速的目的。目前,步进电机具有惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点,在机电一体化产品中应用广泛,常用作定位控制和定速控制。步进电机驱动电路常用的芯片有l297和l298组合应用、3977、8435等,这些芯片一般单相驱动电流在2 a左右,无法驱动更大功率电机,限制了其应用范围。本文基于东芝公司2008年推出的步进电机驱动芯片tb6560提出了一种步进电机驱动电路的设计方案 1步进电机驱动电路设计 1.1 tb6560简介 tb6560是东芝公司推出的低功耗、高集成两相混合式步进电机驱动芯片。其主要特点有:内部集成双全桥mosfet驱动;最高耐压40 v,单相输出最大电流3.5 a(峰值);具有整步、1/2、1/8、1/16细分方式;内置温度保护芯片,温度大于150℃时自动断开所有输出;具有过流保护;采用hzip25封装。tb6560步进电机驱动电路主要包括3部分电路:控制信号隔离电路、主电路和自动半流电路。 1.2步进电机控制信号隔离电路 步进电机控制信号隔离电路如图1所示,步进电机控制信号有3个(clk、cw、enable),分别控制电机的转角和速度、电机正反方向以及使能,均须用光耦隔离后与芯片连接。光耦的作用有两个:首先,防止电机干扰和损坏接口板电路;其次,对控制信号进行整形。对clk、cw信号,要选择中速或高速光耦,保证信号耦合后不会发生滞后和畸变而影响电机驱动,且驱动板能满足更高脉冲频率驱动要求。本设计中选择2片6n137高速光耦隔离clk、cw,其信号传输速率可达到10 mhz,1片tlp521普通光耦隔离enable信号。应用时注意:光耦的同向和反向输出接法;光耦的前向和后向电源应该是单独隔离电源,否则不能起到隔离干扰的作用。

西门子200系列PLC直流步进电机控制方法

直流步进电机plc控制方法 系统功能概述: 本系统采用PLC通过步进电机驱动模块控制步进电机运动。当按下归零按键时,电机1和电机2回到零点(零点由传感器指示)。当按下第一个电机运行按键时,第一个电机开始运行,直到运行完固定步数或到遇到零点停止。当按下第二个电机运行按键时,第二个电机开始运行,运行完固定步数或遇到零点停止。两电机均设置为按一次按键后方向反向。电机运行时有升降速过程。 PLC输入点I0.0为归零按键,I0.1为第一个电机运行按键,I0.2为第二个电机运行按键,I0.3为第一个电机传感器信号反馈按键,I0.4为第二个电机传感器信号反馈按键。 PLC输出点Q0.0为第一个电机脉冲输出点,Q0.1为第二个电机脉冲输出点,Q0.2为第一个电机方向控制点,Q0.3为第二个电机方向控制点,Q0.4为电机使能控制点。 所用器材: PLC:西门子S7-224xpcn及USB下载电缆。编程及仿真用软件为V4.0 STEP 7 MicroWIN SP3。 直流步进电机2个,微步电机驱动模块2个。按键3个。24V开关电源一个。导线若干。 各模块连接方法: PLC与步进电机驱动模块的连接:

驱动模块中EN+、DIR+、CP+口均先接3k电阻,然后接24V 电源。 第一个驱动模块CP-接PLC的Q0.0,DIR-接PLC的Q0.2,EN-接PLC的Q0.4 第二个驱动模块CP-接PLC的Q0.1,DIR-接PLC的Q0.3,EN-接PLC的Q0.4 注意: 1、PLC输出时电压为24V,故和驱动器模块连接时,接了3k 电阻限流。 2、由于PLC处于PTO模式下只有在输出电流大于140mA时,才能正确的输出脉冲,故在输出端和地间接了200欧/2w下拉电阻,来产生此电流。(实验室用的电阻功率不足,用200欧电阻时功率至少在24*24/200=2.88w,即用3w的电阻) 3、PLC与驱动模块连接时,当PLC输出低电平时不能将驱动模块电平拉低,故在EN-和DIR-上接了200欧/2W下拉电阻 驱动模块与电机接法: 驱动模块的输出端分别与电机4根线连接 电机传感器与PLC连接: 传感器电源接24v,信号线经过240欧电阻(试验中两个470电阻并联得到)与24v电源上拉后,信号线接到PLC的I0.3和I0.4

实验五 步进电机单轴定位控制实验

方向信号 (a) 脉冲+方向 (b) 正脉冲+负脉冲 实验五 步进电机单轴定位控制实验 一、实验目的 1. 学习和掌握步进电机及其驱动器的操作和使用方法; 2. 学习和掌握步进电机单轴定位控制方法; 3.学习和掌握PLC 单轴定位模块的基本使用方法。 二、实验原理 步进电动机是一种将电脉冲信号转换为相应的角位移或直线位移量的机电执行元件,即步进电动机输入的是电脉冲信号,输出的是角位移或直线位置。每给一个脉冲,步进电动机转动一个角度,这个角度称为步距角。运动速度正比于脉冲频率,角位移正比于脉冲个数。 步进电动机典型控制系统框图如图1-2-9所示。 图1-2-9 步进电动机典型控制系统框图 位置控制单元可根据需要的频率和个数以及设定的加减时间控制步进电动机运动。 由于步进电动机需要正反转运动,因此定位单元的输出脉冲形式有“脉冲+方向”和“正脉冲+负脉冲”两种,它们均可控制步进电动机正反转运动。输出脉冲形式通过参数设定来选择。其脉冲形式如图1-2-10所示。 图1-2-10 定位模块的两种输出脉冲形式

PLS ) 由于步进电动机的电磁惯性和所驱动负载的机械惯性,速度不能突变,因此定位模块要控制升降频过程。步进电机升、降频过程如图1-2-11。一般情况下,S 2=S 3。 图 1-2-11 步进电机升、降频示意图 其中:f 1——设定的运行频率,应小于步进电动机的最高频率; S 1——设定的总脉冲个数; S 2——升频过程中脉冲个数,由加速时间和运行频率确定; S 3——降频过程中脉冲个数,由减速时间和运行频率确定。 步进电动机驱动器将位置定位模块的输出脉冲信号进行分配并放大后驱动步进电动机的各相绕组,依次通电而旋转。驱动器也可接受两种不同形式的脉冲信号,通过开关来选择,定位模块和驱动器的脉冲形式要相同。另外,为了提高步进电动机的低频性能,驱动器一般具有细分功能,多个脉冲步进电动机转动一步,细分系数一般为1、2、4、8、16、32等几种,通过拨码开关来设定。 步进电动机驱动生产机械的运动部件。 图1-2-12 实验系统结构框图 位置定位模块、步进电动机及驱动器种类很多,本实验中采用的是三菱FX2N 系列PLC 中的双轴定位模块FX2N-20GM ,该模块与PLC 相连,可以单独或同时控制两个步进电动机,

步进电机控制电路

北京工业大学电子课程设计报告 (数电部分) 题目:步进电机

目录 一、设计题目------------------------------------------------------------------------------------------------3 二、设计任务和设计要求 1.设计题目------------------------------------------------------------------------------------------------3 2.设计技术指标及设计要求----------------------------------------------------------------------------3 三、电路设计------------------------------------------------------------------------------------------------4 1.脉冲发生电路-------------------------------------------------------------------------------------------4 2.环形脉冲分配电路-------------------------------------------------------------------------------------5 3.控制电路-------------------------------------------------------------------------------------------------6 4.驱动电路-----------------------------------------------------------------------------------------------10 5.步进电机-----------------------------------------------------------------------------------------------11 四、电路的组装和调试------------------------------------------------------------------------------------12 1.电路的组装----------------------------------------------------------------------------------------------12 2.电路的调试----------------------------------------------------------------------------------------------13 五、收获和体会---------------------------------------------------------------------------------------------14 六、附录------------------------------------------------------------------------------------------------------15 1.列表-------------------------------------------------------------------------------------------------------15 2.参考资料-------------------------------------------------------------------------------------------------15 3.部分芯片管脚图----------------------------------------------------------------------------------------16

步进电机控制方法

第四节 步进电机的控制与驱动 步进电机的控制与驱动流程如图4-11所示。主要包括脉冲信号发生器、环形脉冲分配器和功率驱动电路三大部分。 步进脉冲 方向电平 图4-11 步进电机的控制驱动流程 二、步进电机的脉冲分配 环形分配器是步进电机驱动系统中的一个重要组成部分,环形分配器通常分为硬环分和软环分两种。硬环分由数字逻辑电路构成,一般放在驱动器的内部,硬环分的优点是分配脉冲速度快,不占用CPU的时间,缺点是不易实现变拍驱动,增加的硬件电路降低了驱动器的可靠性;软环分由控制系统用软件编程来实现,易于实现变拍驱动,节省了硬件电路,提高了系统的可靠性。 1.采用硬环分时的脉冲分配 采用硬环分时,步进电机的通电节拍由硬件电路来决定,编制软件时可以不考虑。控制器与硬环分电路的连接只需两根信号线:一根方向线,一根脉冲线(或者一根正转脉冲线,一根反转脉冲线)。假定控制器为AT89S52单片机,晶振频率为12MHz,如图4-18:P1.0输出方向信号,P1.1输出脉冲信号。 则控制电机走步的程序如下: (1)电机正转100步 MOV 0FH,#100D ;准备走100步 CONT1: SETB P1.0 ;正转时P1.0=1 CLR P1.1 ;发步进脉冲的下降沿(设驱动器对于脉冲的下降沿有效) NOP ;延时(延时的目的是让驱动电路的光耦充分导通) NOP ;延时(根据驱动器的需要,调整延时) SETB P1.1 ;发步进脉冲的上升沿 MOV 0EH,#4EH ;两脉冲之间延时20000μs(决定电机的转速) MOV 0DH,#20H ;20000的HEX码为4E20 CALL DELAY ;调用延时子程序 DJNZ 0FH,CONT1 ;循环次数减1后,若不为0则继续,循环100次 RET (2)电机反转100步 MOV 0FH,#100D ;准备走100步 CONT2: CLR P1.0 ;反转时P1.0=0 CLR P1.1 ;发步进脉冲的下降沿(设驱动器对于脉冲的下降沿有效) NOP ;延时(延时的目的是让驱动电路的光耦充分导通) NOP ;延时(根据驱动器的需要,调整延时) SETB P1.1 ;发步进脉冲的上升沿

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