步进电动机驱动控制系统设计.docx

摘要

本文先介绍了混合式步进电机的结构和工作原理，分析了细分驱动对于改善步进电机运行性能的作用，论述了正弦波细分驱动可以实现等步距角、等力矩均匀细分驱动的原理，提出了一种基于H桥和其他分立元件分配脉冲的驱动技术，该方案可实现步进电机的单拍、半拍、双拍三种工作方式。本文采用控制电路主要由AT89C51单片机、晶振电路、地址锁存器、译码器、液晶显示电路组成，单片机是控制系统的核心。文中对整个系统的架构及硬件电路和驱动软件的实现都做了详细的介绍。

关键词：单片机；正弦脉宽调制；混合式步进电机；细分驱动

目录

TOC\o1-3\h\z\u第一章 绪论 3

1.1步进电机概述 3

1.2步进电机的特征 3

1.3步进电机驱动系统概述 3

1.4国内外PLC的发展 4

1.5课题研究的主要内容 5

第二章 步进电机驱动系统的方案论证 6

2.1步进电机驱动系统简介 6

2.2步进电机驱动器的特点 6

2.3混合式步进电机的驱动电路分类和性能比较 6

2.3.1双极性驱动器与单极性驱动器 7

2.3.2单电压驱动方式 9

2.3.3高低压驱动方式 9

2.3.4斩波恒流驱动 10

2.4方案的确定 10

第三章混合式步进电动机驱动控制系统硬件设计 11

3.1单片机最小系统 11

3.2红外遥控电路 11

3.2.1红外发射电路 11

3.2.2红外接收电路 13

3.3LCD显示电路 13

3.4双机通讯 14

3.5步进电机驱动部分 15

3.5.1单极性步进电机驱动 15

3.5.2双极性步进电机驱动 16

3.6电源电路 16

第四章软件设计 18

4.1主机LCD显示菜单程序 18

4.2双机通讯程序 19

4.3下位机步进电机驱动程序 20

第五章驱动器试验结果 22

5.1概述 22

5.2试验内容和结论 22

第六章结论 23

参考文献 24

致谢 25

绪论

1.1步进电机概述

步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移或直线运动的执行机构，由步进电机及其功率驱动装置构成一个开环的定位运动系统。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(即步距角)。脉冲输入越多，电机转子转过的角度就越多；输入脉冲的频率越高，电机的转速就越快。因此可以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；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度，从而达到调速的目的。步进电机种类，根据自身的结构不同，可分为常用三大类:反应式(VR，也称磁阻式)、永磁式(PM)，混合式(HB)。其中混合式步进电机兼有反应式和永磁式的优点，它的应用越来越广泛。[1]

1.2步进电机的特征

步进电机具有自身的特点，归纳起来有：

1.位置及速度控制简便

步进电机在输入脉冲信号时，可以依输入的脉冲数量做固定角度的旋转而得到灵活的角度控制(位置控制)。因为速度和输入脉冲的频率成正比，运转速度可在相当宽范围内平滑调节。

2.可以直接进行开环控制

因为步距误差不长期累积，可以不需要速度传感器以及位置传感器，就能以输入的脉冲数量和频率构成具有一定精度的开环控制系统。

3.高可靠性

不使用电刷，电机的寿命长，仅取决于轴承的寿命。

1.3步进电机驱动系统概述

步进电机的工作必须使用专用设备—步进电机驱动器。驱动器针对每一个步进脉冲，按一定的规律向电机各相绕组通电(励磁)，以产生必要的转矩，驱动转子运动。步进电机、驱动器和控制器构成了不可分割的3大部分。步进电机驱动系统的性能除与电机自身的性能有关外，在很大程度上取决于驱动器性能的优劣。当电机和负载己经确定之后，整个驱动系统的性能就完全取决于驱动控制方法。步进电机驱动方式的发展先后有单电压驱动、高低压驱动、斩波恒流驱动等。

（1）单电压驱动：主要特点是结构简单、成本低，通常在绕组回路中串接电阻，以改善电路的时间常数来提高电机的高频特性。缺点是串接电阻将产生大量的热，对驱动器的正常工作极其不利，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。

（2）高低压驱动：电机每相绕组导通时，首先施加高电压，使电流快速上升，当电流上升到额定值时，将高电压切断，回路电流以低电压电源维持。这种方式由于电流波形得到了很大改善，电机的矩频特性较好，起动和运行频率得到了较大提高。但由于电机旋转反电势、相间互感等因素的影响易使电流波形的顶部呈凹形，致使电机的输出转矩有所下降且需要双电源供电。

（3）斩波恒流驱