开题-基于单片机的步进电动机驱动控制器设计规范.doc

毕业设计开题报告 学 生 姓 名： 学 号： 学 院： 计算机与控制工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 设计/论文 题 目： 基于单片机的步进电动机驱动控制器设计 指 导 教 师: 2015 年 4 月 2 日  毕 业 设 计 开 题 报 告 1．选题依据： 1．1步进电机控制系统研究背景 随着微电子和计算机技术的发展，步进电动机的需求量与日俱增，研制步进电机驱动器及其控制系统具有十分重要的意义［1］。步进电动机是数字控制系统中的一种执行元件，其功能是将脉冲电信号变换为相应的角位移或直线位移，即给一个脉冲信号，步进电动机就转动一个角度，步进电动机区别于其他控制电动机的最大特点是，它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电动机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电动机的转速由脉冲信号频率决定，因此非常适合单片机控制［2］。原来的步进电动机控制系统采用分立元件或者集成电路组成的控制回路，不仅调试安装复杂，要消耗大量元器件，实现起来成本高，费时多，而且一旦成型后，电路就很难改动，因此不得不完全重新设计控制器。所以，用微型单片机控制步进电机己经成为了一种必然的趋势，也符合数字化的时代发展要求［3］。 1.2本课题国内外研究现状和发展趋势 中国在文化大革命中已经在各行各业中使用，驱动电路所有半导体器件都是完全国产化的。我国数控机械和普通机床的微机改造中大多数均采用开环步进电机控制系统，为了适应一些领域中高精度定位和运行平稳性的要求，我国改革开放初期研究步进电机细分驱动技术，细分驱动是指在每次脉冲切换时，不是将绕组的全部电流通入或切除，而是只改变相应绕组中电流的一部分，电动机的合成磁势也只旋转步距角的一部分［4］。 步进电机是国外发明的，而且国外对步进电机的研究一直很活跃。目前，国外对步进电机的控制和驱动的一个重要发展方向是大量采用专用芯片，结果是大大缩小驱动器的体积，明显提高了整机的性能。比较典型的芯片有两类 ：一类芯片的核心是用硬件和微程序来保证步进电机实现合理的加减速过程 ，同时完成计长走步、正反转等。对于开环使用的步进电机 ，实现合理的加减速过程便可使其达到较高的运行频率而不失步或过冲［5］。采用这类专用集成电路可驱动3～5相电路 ，可选择励磁方式 ，转速精确，设定的转速范围宽 、加减速的过渡时间及上升陡度可根据负载选定 ，此外还有单步运转和不同的停止方式［6］。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、加速度等一系列因素来比较，比较不划算；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、速印机以及银行自动柜员机［7］。 1.3步进电机控制的发展趋势 随着自动控制技术、计算机网络通信技术在众多领域中的进一步应用与发展以及数字化、智能化技术的日益发展，步进电机将会在更加深入广泛的领域中得以应用，并且其控制系统也将随之发展，尤其是智能化应用技术方向的发展将会成为步进电机下一阶段的发展趋势［8］。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。近年来，控制技术、计算机技术及微电子技术的迅速发展有力地推动了步进电机控制技术的进步，提高了步进电机的高性能控制的设计方法与具体实现技术，反映步进电机控制技术的必威体育精装版发展［9］。单电压驱动是通过改变电路的时间常数以提高电机的高频特性。该驱动方式早在六十年代初期国外就已大量使用，它的优点是结构简单、成本低；缺点是串接电阻器的做法将产生大量的能量损耗，尤其是在高频工作时更加严重，因而它只适用于小功率或对性能指标要求不高的步进电机驱动［10］。单电压串电阻驱动是在单电压驱动技术的基础上为电枢绕组回路串入电阻，用以改善电路的时间常数以提高电机的高频特性。它提高了步进电机的高频响应、减少了电动机的共振，也带来了损耗大、效率低的缺点［11］。这种驱动方式目前主要用于小功率或启动、运行频率要求不高的场合。 1.4单片机的发展概况现状 单片微计算机自20世纪70年代问世以来已对人类社会产生了巨大的影响。尤其是美国INTEL公司生产的MCS-51单片机基本内核为核心的各种扩展型，增强型的新型单片机不断推出，所以在今后若干年内，MCS-51系列以及世界其他各大公司生产的与其兼容的各种增强型，扩展型的单片机［12］。仍是我国单片机应用领域的主流机型。目前在工业控制、智能仪器仪表、办公室自动化、家用电器等诸多领域，到处都可见单片机的踪影，单片机技术开发应用水平已成为一个国家工业化发展水平的标志之一。 现在步进电机已被广泛使用，但步进电