殷洪亮 机电四班11步进电机运动控制系统设计.docx

毕业设计（论文）（说明书）题目：步进电机运动限制系统设计姓名：殷瞭亮编号:平顶山工业职业技术学院年月日平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）任务书姓名殷嚓亮专业机电一体化任务下达日期年月H设计（论文）起先日期年月日设计（论文）完成日期年月日设计（论文）题目：步进电机运动限制系统设计A编制设计B设计专题（毕业论文）指导教师马桂荣系（部）主任平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）答辩委员会记录机械工程系机电一体化专业,学生殷噫亮于年月日进行了毕业设计（论文）答辩。设计题目：步进电机运动限制系统设计专题（论文）题目：指导老师：马桂荣答辩委员会依据学生提交的毕业设计（论文）材料，依据学生答辩状况，经答辩委员会探讨评定，赐予学生毕业设计（论文）成果为O答辩委员会人,出席人答辩委员会主任（签字）：答辩委员会副主任（签字）：答辩委员会委员：，平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语第页共一一页学生姓名：殷瞭亮专业机电一体化年级08级毕业设计（论文）题目：.评阅人：指导老师：（签字）年月日成绩：系（科）主任：（签字）年月日毕业设计（论文）及答辩评语：.1.23.3.44.4.55.5.66.668.8.9.9.9.10.10.11.1112.14.14.15.16.1617.17.18书目3ABSTRACT第1章绪论1.1 步进电机的特点1. 1.1步进电机的工作原理1.2步进电机的技术参数1 .2.1步进电机的基本参数2 .2.2步进电机动态指标及术语1. 3步进电机的分类1.1.1 步进电机分为三大类1.1.2 步进电机具体调速原理1.1.3 设计的基本要求第2章系统设计方案的论证2. 1限制方式的确定2. 2驱动方式的确定2. 3驱动电路的选择2. 4基本方案的确定第3章硬件电路的设计3. 1单片机的选择3.1.1单片机的引脚功能3.1.2主要特征3.2步进电机的选择3.2.1三相单三拍通电方式3.2.2三相双三拍通电方式3.3驱动电路的选择3.4光电编码器原理3.5电源电路设计3.6抗干扰设计3.7看门狗电路第4章软件的设计4.1显示子程序的设计4.2正反转程序流程图4.3转速快慢转程序流程图第5章试验结果与分析5.1有关参数的分析5.2变更布局的方式致谢20.20.20.22.23.24参考文献本文论述了步进电机运动限制系统的开发过程，分析了国内步进电机运动限制系统的发展和运用现状，指出了现阶段存在的问题，阐述了步进电机运动限制系统的必要性。论文摘要:步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环限制元件。在非超载的状况下，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，而不受负载变更的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。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、位置等限制领域用步进电机来限制变的特别的简洁。步进电机的调速一般是变更输入步进电机的脉冲的频率来实现步进电机的调速，因为步进电机每给一个脉冲就转动一个固定的角度，这样就可以通过限制步进电机的一个脉冲到下一个脉冲的时间间隔来变更脉冲的频率，延时的长短来具体限制步进角来变更电机的转速，从而实现步进电机的调速。在本设计方案中采纳AT89C51型单片机内部的定时器变更CP脉冲的频率从而实现对步进电机的转速进行限制，实现电机调速与正反转的功能.关键词：步进电机单片机调速系统ABSTRACTSensoristestingfirstfeelingsweremeasured,andconvertitintoandmeasuringhavedefinedcorrespondence,itispowerdevicesinspectionandcontrolsystemisthemostimportantpart.Electromechanicalintegrationisthemainfunction,dynamicmechanicalfunction,informationfunctionandcontrolfunction,andwillintroducemicroelectronicstechnologyofmechanicaldeviceandelectronicdevicesuseorganiccombinationofrelatedsoftware,constitutethefloorboardofthesystem.Inmechatronicssystem,wherethesensorsystem,theroleoftheequivalentsystem,canfeelorgansrapidlyandaccuratelytoobtaininformationandcanwithstandharshenvironmenttest,iselectromechanicalintegrationsystemtoachieveahighlevelofassurance.Suchaslackofthesesensorsonthesystemstateandaccurateandreliableinformationtotheautomaticdetectionsystem,theinformationprocessing,controldecision-makingfunctionscannottalkaboutandrealization.Sensorsinmechatronicssystem,iswidelyusedinmechanicalandelectronicproductsareindispensableinoneofthedevices.Keywords：sensor,electromechanical,integrationsystem第1章绪论步进电机最早是在1920年由英国人所开发。1950年后期晶体管的独创也渐渐应用在步进电机上，这对于数字化的限制变得更为简洁。以后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在须要高定位精度、高分解性能、高响应性、信任性等敏捷限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，我们很简洁发觉步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置限制、须要精确操作各项指令动作的敏捷限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限制系统中。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。步进电机是将电脉冲信号变换成角位移或直线位移的执行部件。步进电机可以干脆用数字信号驱动，运用特别便利。一般电动机都是连续转动的，而步进电动机则有定位和运转两种基本状态，当有脉冲输入时步进电动机一步一步地转动，每给它一个脉冲信号，它就转过肯定的角度。步进电动机的角位移量和输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步，因此只要限制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电的相序，便可获得所需的转角、转速及转动方向。在没有脉冲输入时，在绕组电源的激励下气隙磁场能使转子保持原有位置处于定位状态。因此特别适合于单片机限制。步进电机还具有快速启动、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。步进电动机已成为除直流电动机和沟通电动机以外的第三类电动机。传统电动机作为机电能量转换装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。步进电机可以作为一种限制用的特种电机，利用其没有积累误差（精度为100%）的特点，广泛应用于各种开环限制。现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变更产生转矩。混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为L8度而五相步进角一般为0.72度。这种步进电机的应用最为广泛，也是本次细分驱动方案所选用的步进电机。1.1 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上升而下降。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。.步进电机低速时可以正常运转,但若高于肯定速度就无法启动,并伴有啸叫声。步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载状况下能够正常启动的脉冲频率，假如脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的状况下，启动频率应更低。假如要使电机达到高速转动，脉冲频率应当有加速过程，即启动频率较低，然后按肯定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。1.Ll步进电机的工作原理步进电机是一种用电脉冲进行限制，将电脉冲信号转换成相位移的电机，其机械位移和转速分别与输入电机绕组的脉冲个数和脉冲频率成正比，每一个脉冲信号可使步进电机旋转一个固定的角度.脉冲的数量确定了旋转的总角度，脉冲的频率确定了电机运转的速度.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（称为“步距角”），它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过限制脉冲个数来限制角位移量，从而达到精确定位的目的；同时可以通过限制脉冲频率来限制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。1.2步进电机的技术参数步进电机的基本参数1.空载启动频率：即步进电机在空载状况下能够正常启动的脉冲频率，假如脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的状况下，启动频率更低。假如要使电机达到高速转动，脉冲频率应当有加速过程，即启动频率较低，然后肯定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。2 .电机固有步距角：它表示限制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值，如86BYG250A型电机给出的值为0.9°/1,8°（表示半步工作时为0.9。、整步工作时为1.8。），这个步距角可以称之为'电机固有步距角'，它不肯定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱