两相步进电机控制系统设计
步进电机控制方法及编程实例
步进电机控制方法及编程实例
步进电机在现代自动化控制系统中广泛应用，其精准的位置控制和相对简单的驱动方式使其成为许多工业和家用设备中的理想选择。本文将介绍步进电机的控制方法及编程实例，帮助读者更好地理解和应用这一技术。
步进电机的基本原理
步进电机是一种将电能转换为机械能的电机，其运行原理基于磁场相互作用。步进电机内部包含多个电磁线圈，根据电流方向和大小的不同来控制转子的运动。通过逐个激活线圈，可以实现步进电机的准确位置控制，使其能够按照指定的步长旋转。
步进电机的控制方法
1.单相激励控制：最简单的步进电机控制方式之一。通过依次激活每一相的线圈，
使电机按照固定步长旋转。这种方法控制简单，但稳定性较差。
2.双相正交控制：采用两相电流的正交控制方式，提高了步进电机的稳定性和精
度。可以实现正向和反向旋转，常用于对位置要求较高的应用场景。
3.微步进控制：将步进电机每个步进细分为多个微步进，以提高控制精度和减小振
动。虽然增加了控制复杂度，但可以获得更平滑的运动和更高的分辨率。
步进电机的编程实例
下面以Python语言为例，演示如何通过控制步进电机的相序来实现简单的旋转控制。
通过以上代码，可以实现对步进电机的简单控制，按照设定的相序进行旋转，实现基本的位置控制功能。
结语
步进电机是一种常用的精准位置控制设备，掌握其控制方法和编程技巧对于工程师和爱好者来说都是有益的。希望本文介绍的步进电机控制方法及编程实例能够帮助读者更好地理解和应用这一技术。
二相混合式步进电机
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。当步进驱私器接收到一个脉冲信号，它就 驱动步进申机按设定的方向转动一个固定的角度(即步进角)。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。
两相混合式步进电机的结构
混合式步进电机系统的性能很大程度取决于控制器的优劣，从前述可以看到步进电机主要有开环、闭环、矢 量和智能控制等控制方式。开环控制使用方便，系统构成简单且成本低，在精度要求不太高的场合有着广泛的应 用，至今也没有合适的替代产品。但如前所说，这种方式存在一个振荡的区域，尤其是低速运行时接近电机的共 振区，此时振动和噪声都比较大。但是对开环控制的改进也是不断地在进行中，自1975年美国学者erickson首次 在美国增量运动控制系统及器件年会上提出了步进电机步距角细分的控制方法后[ysl，随着微电子和电力电子技 术的发展，当前世界上混合式步进电机新技术正处在高速的发展之中，智能控制的V}想进入了步进电机的驱动控 制领域，还出现了具有实时可变的细分一功能驱动控制电路。通过这些年的发展，步进电机控制方式逐渐形成了 升频升压控制，恒流斩波控制，细分控制，矢量控制，位置、速度反馈控制等控制方式，但是新型控制方式的运 用还不成熟，也没有出现相关产品，而国内虽然研究上取得很大进步但不管是控制器还是控制软件上看，和国外 还有一定的差距。
二相步进电机控制系统实施方案
课程设计任务书
学生姓名：专业班级：自动化0903班
指导教师：工作单位：自动化学院
题目: 二相步进电机控制系统地设计
初始条件：
采用8086最小模式，扩展4K地EPROM及2K地RAM，利用L298 ，输出双极性模拟电压驱动二相步进电机，使其按不同速度正反转，电机以八个开关以补码形式给定输入并以发光二极管显示出来，转速为-500rpm~+500rpm b5E2R。
要求完成地主要任务:
1．硬件设计：系统总原理图及各部分详细原理图
2．软件设计：系统总体流程图、步进电机四拍，八拍各模块流程图、显示模块流程图等
3．编写程序：能够完成上述任务
4．完成符合要求地设计说明书
时间安排：2012年6月25日~2012年7月3日
指导教师签名：年月日
系主任（或责任教师）签名：年月日
目录
摘要1
1 设计任务及要求2
1.1 设计任务2
1.2 任务分析2
2 方案选择及论证3
2.1 总体思路3
2.2 控制部分设计4
2.3驱动电路部分设计4
3 硬件电路设计模块5
3.1硬件系统总原理图5
3.2控制部分6
3.2.1 8086CPU地介绍6
3.2.2 8255A地介绍7
3.2.3原理分析10
3.3步进电机地介绍12
3.3.1 步进电机地特点12
3.3.2 步进电机工作原理13
3.3.3 二相步进电机13
3.4 电机驱动部分14
3.4.1 L298芯片介绍14
3.4.2 驱动电路原理分析15
3.5 电机正反转与调速电路17
4 软件设计18
4.1 设计思路18
4.2 各程序流程图18
5 系统仿真20
小结体会23
参考文献24
附录一系统地总设计图25
两相步进电机的控制及微驱动器的设计
ＣＰ２Ｉ Ｏ２
随着现代 电子技 术 的发 展 ，步进 电机 的驱 动 与 控 制
电路 由分 立元 件 向集成 电路 发 展 ，其体 积 不 断缩 小 ， 在各 种微 系பைடு நூலகம் 的驱 动控 制 中能得 到广 泛应用 。 本文 在 Ｐ Ｃ机上 利用 Ｖ Ｃ＋＋ ． ６ ０编 写控制 界 面对
Ｋｅ ｒ ： ｓｅ ｔｒ ｓ ｒａ ｏ ｍｕ ｃ ｔｏ ｓ ＣＰ ０ ｙ ｗｏ ｄｓ ｔ ｐ ｍｏ ｏ ； ｅ ｉ ｌｃ ｍ ｎｉａｉ ｎ ； ２１ ２；Ａ３ ０１ ９
０ 引 言
步进 电动机 能 直 接 将 数 字 脉 冲 信 号 转换 成 角 位
微 控制 器之 间 的 通信 ，利 用 Ｖ Ｃ＋＋６ ０的 Ｍ Ｃ ｍｍ ． Ｓｏ 控 件编 程实 现 两者 之 间 的 串行 异 步 通 信 ，步 进 电机
机 ，从 而 大大 缩 小 了 驱 动 器 的外 形 尺 寸 ，使 其 可 以
利用 到微 系统 的驱 动控制 当 中 。
１ 控 制原 理
整 个系 统 由上 位 机 、控 制 驱 动 电路 及 步 进 电机
组 成 。具 体 的原 理 功 能框 图如 图 １ Ｃ机通 过 Ｕ Ｂ ，Ｐ Ｓ 口经芯 片 Ｃ ２ ０ （ Ｓ Ｐ １ ２ Ｕ Ｂ转 Ｕ Ｒ Ａ Ｔ的单 芯片桥 接 器 ） 转
图 ｌ 步 进 电 机 控 制 原 理 图
两相步进电机 控制程序
两相步进电机控制程序
一、初始化设置
在控制步进电机之前，需要进行一些初始化设置。这包括：
1. 配置微控制器：选择适合的微控制器，并为其分配必要的资源和接口。
2. 电机参数设定：根据步进电机的规格和性能，设定合适的参数，如步进角度、驱动电流等。
3. 接口配置：配置微控制器与步进电机驱动器之间的接口，包括电源、信号线等。
二、电机驱动脉冲生成
为了使步进电机按照设定的方向和步数转动，需要生成合适的驱动脉冲。这通常通过微控制器实现，具体步骤如下：
1. 确定目标位置：根据应用需求，确定步进电机需要转到的目标位置。
2. 计算步数：根据目标位置和步进电机的步进角度，计算出需要转动的步数。
3. 生成驱动脉冲：根据步数和电机的工作模式（单拍、双拍等），生成合适的驱动脉冲序列。
三、电机方向控制
步进电机的方向可以通过改变驱动脉冲的顺序来控制。一般来说，有两种方式来控制电机的方向：
1. 通过改变脉冲的顺序：正向或反向发送脉冲序列，可以控制电机
向正向或反向转动。
2. 通过使用不同的工作模式：一些步进电机驱动器支持不同的工作模式，如全步、半步、1/4步等。通过选择不同的工作模式，可以改变电机的转动方向和速度。
四、电机速度调节
调节步进电机的速度可以通过改变驱动脉冲的频率来实现。一般来说，脉冲频率越高，电机转速越快。同时，也可以通过改变工作模式来调节电机的速度。
五、电机状态监测与保护
为了确保步进电机的安全运行，需要实时监测电机的状态，并进行必要的保护措施。这包括：
1. 温度监测：监测电机的温度，防止过热。
2. 电流监测：监测电机的驱动电流，防止过流。
两相步进电机控制原理
两相步进电机控制原理
1.步进电机原理
步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移的执行机构。每个电脉冲信号对应于步进电机的一个步进角，因此步进电机可以通过接收一系列脉冲信号来精确控制其旋转角度。步进电机按其工作原理可分为反应式、永磁式和混合式三种，其中在微特电机中应用最广泛的是混合式步进电机。
2.电机驱动方式
根据不同的电源和控制方式，步进电机驱动可分为单极性驱动和双极性驱动。单极性驱动是只给一个线圈通电，通过改变通电方向来控制步进电机的旋转方向；而双极性驱动是给两个线圈同时通电，通过改变两个线圈电流的方向和大小来控制步进电机的旋转方向和速度。双极性驱动又可分为二二拍、四拍、八拍等多种驱动方式。
3.脉冲信号控制
步进电机的旋转角度严格正比于输入脉冲的个数。控制输入脉冲的个数就可以实现对步进电机的旋转角度进行精确控制。为了防止步进电机失步，需要保证每个脉冲信号的宽度足够长，一般要大于6-7ms。
4.方向控制
通过给步进电机驱动器输入不同的控制信号，可以改变步进电机的旋转方向。通常情况下，控制信号需要与原脉冲信号反相，从而实现步进电机的反向旋转。
5.速度控制
步进电机的旋转速度与输入脉冲的频率成正比。通过改变输入脉冲的频率就可以实现对步进电机的旋转速度进行控制。
6.细分控制
细分控制是指通过细分驱动器将步进电机的步距角进一步细分，从而减小步进电机的步距角，提高步进电机的旋转精度。细分驱动器可以通过对输入脉冲进行不同的分配和叠加来实现细分控制。
7.防抖动控制
由于步进电机采用的是开环控制系统，因此在其旋转过程中容易受到外界干扰而产生抖动现象。为了减少抖动现象对控制系统稳定性的影响，需要进行防抖动控制。常用的防抖动方法包括采用消抖电路、采用细分驱动器、选用质量好的编码器等。
两相步进电机控制原理
两相步进电机控制原理
步进电机是一种特殊的电动机，它可以通过按照预定的步进角度进行准确的位置控制。而两相步进电机是步进电机中最常见的一种类型。本文将介绍两相步进电机的控制原理。
我们来了解一下两相步进电机的基本结构。两相步进电机由两个相位差90度的绕组组成，每个绕组都连接在一个电源上。这两个绕组分别称为A相和B相。当电流通过A相时，电机转子会朝一个方向旋转；当电流通过B相时，电机转子会朝另一个方向旋转。
为了实现对两相步进电机的控制，我们需要使用一个驱动器。驱动器可以提供电流和控制信号，使电机按照预定的步进角度转动。常见的驱动器有单片机控制的驱动器和专用步进电机驱动器。
单片机控制的驱动器是通过单片机来控制电机的转动。单片机可以根据程序中的指令，依次给A相和B相施加电流，从而使电机按照预定的步进角度转动。这种方法的优点是灵活性高，可以根据需求编写各种控制程序。但是，由于单片机的处理能力有限，只能控制少数几个电机。
专用步进电机驱动器是一种专门设计用于控制步进电机的驱动器。它通常由集成电路组成，可以提供更高的输出电流和更丰富的控制功能。专用驱动器可以根据输入信号的变化，实时调整输出电流和
脉冲频率，从而实现更精确的控制。此外，专用驱动器还可以提供保护功能，如过流保护和过热保护，以保证电机的安全运行。
在使用两相步进电机进行控制时，我们一般会采用开环控制和闭环控制两种方式。
开环控制是指根据预先设定的步进角度和速度，通过给驱动器输入相应的控制信号，使电机按照设定的步进角度转动。这种控制方式简单直接，适用于一些对位置要求不是特别严格的场合。
步进电机控制系统设计方案
目录
1 前言 ....................................................
2 方案设计 (1)
2．1任务 (1)
2．3技术方案与论证 (1)
3 电路设计
3．1系统电路原理......................................................
3．2主要元器件选择 ....................................................
3．3单元电路设计 ...................................................... 4程序设计................................................
4．1系统程序流程 ......................................................
4．2系统程序设计 ...................................................... 5．系统仿真
5．1 系统仿真
5．2 系统仿真结果分析
6 总结与体会 (22)
参考文献资料 (23)
第1章方案设计
1.1设计任务
1.1.1设计要求
(1)用带中断行列式键盘作为数据和暂停等功能的输入
(2)七段数码管显示当前步进电机的运行状态
(3)采用集成芯片作为步进电机的驱动电路
(4)使用PROTEUS软件对程序进行仿真和调试
1.1.2设计任务
(1)根据设计要求划分功能模块
步进电机控制系统设计
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件，具有快速启动能力，定位精度高，能够直接接受数字量，因此被广泛地应用于数字控制系统中，如数模转换装置、精确定位、计算机外围设备等，在现代控制领域起着非常重要的作用。
本设计运用了8086 CPU芯片以及74273芯片、8255A芯片和步进电机以及7位小功率驱动芯片ULN2003A、指示灯等辅助硬件电路，设计了步进电机正反转及调速系统。绘制软件流程图，进行了软件设计并编写了源程序，最后对软硬件系统进行联合调试。该步进电机的正反转及调速系统具有控制步进电机正反转的功能，还可以对步进电机进行调速。
关键词：步进电机；正反转；调速控制；ULN2003A芯片；8086微机系统
1、课程设计任务书
1.1任务和目的 (4)
1.2设计题目 (4)
1.3内容和要求 (4)
1.4列出使用元器件和设备清单 (4)
2、绪论 (4)
3、步进电机的总体方案 (6)
4、步进电机的硬件设计 (7)
4.1总体设计思路 (7)
4.2电路原理图 (10)
4.3线路连接图 (11)
5、步进电机软件设计 (12)
5. 1流程图 (12)
5.2控制程序 (14)
&调试说明 (19)
6.1调试过程 (19)
6.2调试缺陷 (19)
7、总结收获 (19)
8、参考文献 (20)
附录：元器件及设计清单
1. 课程设计任务书
1.1任务和目的
掌握微机硬件和软件综合设计的方法。
1.2设计题目
步进电机控制系统设计
1.3内容和要求
1. 基本要求：控制步进电机转动，要求转速1步/1秒；设计实现接口驱动电路。
步进电机控制系统设计
步进电机控制系统设计
本设计通过开发运用微型计算机系统，输出控制时序来控制步进电机运转，针对步进电机的工作状态，输出对应的音频或光、显示信息。本次设计的创新点是结合温度保护程序，通过比较当前温度与设定的温度值控制步进电机停止转动，保护步进电机。
标签：步进电机；微机；汇编；控制
1 星研集成环境介绍
（1）提供DOS、WIN95/98/ME/NT/2000/2003/XP 二个版本的集成环境软件，与KEIL 公司提供的C51 调试软件很大部分相同，也有自己的特色。集编辑编译器（VC++风格）、项目管理、编译、连接、错误定位、下载于一体，并提供调试功能。
（2）功能强大的项目管理功能：现在单片机软件越来越大，也越来越复杂，维护成本也很高。通过项目管理可化大为小、化整为零，便于管理。项目管理功能也使多模块、多语言混合调试成为可能。支持宏汇编、C、PLM 语言混合编程，有强大的项目管理功能，含并且包含调试与该项目相关的仿真器件、相关文件、编译软件以及编译连接控制等硬软件信息。
（3）本次设计基于星研集成环境，所有硬件、软件环境都已集成。
2 编写步进电机汇编程序的方法
2.1 8255可编程并行接口芯片介绍
8255可编程外围接口芯片是Intel公司生产的通用并行I/0接口芯片，它具有A、B、C三个并行接口，用+5V单电源供电，能在以下三种方式下工作：
方式0—基本输入/出方式；方式1—选通输入/出方式；方式2—双向选通工作方式。
2.2 编程中三个重要的参数
（1）运转步数N：操控步进电机的定位精度。
（2）延时时间DELAY：控制步进电机步进的速率。
两相步进电机控制原理
两相步进电机控制原理
在现代自动化领域，步进电机作为一种常见的执行元件被广泛应用于各种设备和系统中。其中，两相步进电机是一种常见的步进电机类型，它具有简单结构、易控制等特点，因此在许多领域中得到了广泛应用。本文将介绍两相步进电机的控制原理，包括其工作原理、控制方式以及应用场景。
工作原理
两相步进电机是一种将电能转变为机械能的电动执行元件，其工作原理基于磁场与电流的相互作用。通常，两相步进电机由两个相位（A相和B相）分别组成。当在其中一相通电时，电流流过线圈产生磁场，从而使电机转动一个固定的步距角。通过依次通电两相，可以实现电机的转动。
控制方式
两相步进电机的控制方式主要包括正转、反转和停止。在控制两相步进电机时，可以通过改变通电顺序和电流大小来控制电机的转动方向和速度。具体来说，可采用单步进模式、全步进模式或微步进模式来控制电机。
•单步进模式：在单步进模式下，只有一相通电，电机每次只转动一个步距角。通过依次激活A相和B相，可以实现电机的正转、反转和停止。
•全步进模式：在全步进模式下，同时激活A相和B相，电机每次转动两个步距角。
这种控制方式适用于要求较高转动精度的场合。
•微步进模式：微步进模式是一种高级的控制方式，通过改变电流大小和波形来细分步距角，从而实现更加精细的控制。这种方式能够减小振动和噪音，提高电机性能。
应用场景
两相步进电机由于其结构简单、易于控制的特点，在许多领域中得到广泛应用。以下是一些常见的应用场景：
1.打印机和复印机：步进电机常用于打印机和复印机中，控制打印头的移动，实现
步进电机控制系统的设计
步进电机控制系统的设计
步进电机控制系统是一种常见的电机控制系统，用于控制步进电机的速度和方向。设计步进电机控制系统需要考虑以下几个方面：
1. 选择合适的步进电机：根据应用场景，选择适合的步进电机型号和规格。根据步进电机的电阻、电感等参数，计算出合适的电流和电压。
2. 选择合适的驱动器：根据步进电机的规格和控制要求，选择适合的驱动器型号。常见的驱动器有常流驱动器和常压驱动器两种。常流驱动器适用于控制步进电机的转速和保证输出力矩的精度；常压驱动器适用于控制步进电机的位置和运动精度。
3. 设计控制电路：根据步进电机的控制要求，设计相应的控制电路，包括信号输入电路、脉冲控制电路和电源电路。根据实际需求，可以选择使用微控制器、PLC或者其他控制器实现控制。
4. 编写控制程序：根据实际控制要求，编写相应的控制程序。程序可以使用各种高级语言编写，如C语言、Python等。
5. 测试和调试：完成步进电机控制系统的设计后，需要进行测试和调试。测试包括电路测试和控制程序测试。进行测试时需要注意安全，避免电路短路、过载等问题。在调试过程中，需要根据测试结果进行调整优化，直到达到预期的控制效果。
总之，步进电机控制系统的设计需要充分考虑电机的规格和控制要求，选择合适的驱动器和控制器，设计合适的控制电路和编写适合的控制程序，并进行充分的测试和调试。
基于stm32的步进电机控制系统设计与实现
基于STM32的步进电机控制系统设计与实现
1. 引言
步进电机是一种常见的电动机类型，具有定位准确、结构简单、控制方便等优点，在自动化控制领域得到广泛应用。本文将介绍基于STM32单片机的步进电机控制系统设计与实现，包括硬件设计、软件开发和系统测试等内容。
2. 硬件设计
2.1 步进电机原理
步进电机是一种将输入脉冲信号转换为角位移的设备。其工作原理是通过改变相邻两相之间的电流顺序来实现转子旋转。常见的步进电机有两相、三相和五相等不同类型。
2.2 STM32单片机选择
在本设计中，我们选择了STM32系列单片机作为控制器。STM32具有丰富的外设资源和强大的计算能力，非常适合用于步进电机控制系统。
2.3 步进电机驱动模块设计
为了实现对步进电机的精确控制，我们需要设计一个步进电机驱动模块。该模块主要包括功率放大器、驱动芯片和保护电路等部分。
2.4 电源供应设计
步进电机控制系统需要稳定可靠的电源供应。我们设计了一个电源模块，用于为整个系统提供稳定的直流电源。
3. 软件开发
3.1 开发环境搭建
在软件开发过程中，我们需要搭建相应的开发环境。首先安装Keil MDK集成开发环境，并选择适合的STM32单片机系列进行配置。
3.2 步进电机控制算法
步进电机控制算法是实现步进电机精确控制的关键。我们可以采用脉冲计数法、速度闭环控制等方法来实现对步进电机的位置和速度控制。
3.3 驱动程序编写
根据硬件设计和步进电机控制算法，我们编写相应的驱动程序。该程序主要负责将控制信号转换为驱动模块所需的脉冲信号，并通过GPIO口输出。
(整理)步进电机及驱动器原理
步进电机及驱动器原理
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设备中。步进电机和普通电动机不同之处在于它是一种将电脉冲信号转化为角位移的执行机构，它同时完成两个工作：一是传递转矩，二是控制转角位置或速度。
1．步进电机工作原理
2．步进电机结构
图1.2 步进电机结构图
3．驱动器原理
步进电机必须有驱动器和控制器才能正常工作。驱动器的作用是对控制脉冲进行环形分配、功率放大，使步进电机绕组按一定顺序通电，控制电机转动。
图1.3 步进电机控制系统
以两相步进电机为例，当给驱动器一个脉冲信号和一个正方向信号时，驱动器经过环形分配器和功率放大后，给电机绕组通电的顺序为，其四个状态周而复始进行变化，电机顺时针转动；若方向信号变为负时，通电时序就变为,电机就
逆时针转动。
图1.4 步进电机驱动电路原理图
分析步进电机驱动电路原理图1.4，当T导通时有：
R为电路中存在的等效电阻。
如果，电机不转动，感应电动势E＝0，则：
随着电子技术的发展，功率放大电路由单电压电路、高低压电路发展到现在的斩波电路。其基本原理是：在电机绕组回路中，串联一个电流检测回路，当绕组电流降低到某一下限值时，电流检测回路发出信号，控制高压开关管导通，让高压再次作用在绕组上，使绕组电流重新上升；当电流回升到上限值时，高压电源又自动断开。重复上述过程，使绕组电流的平均值增加，电流波形的波顶维持在预定数值上，解决了高低压电路在低频段工作时电流下凹的问题，使电机在低频段力矩增大。
步进电机一定时，供给驱动器的电压值对电机性能影响较大，电压越高，步进电机转速越高、力矩越大；在驱动器上一般设有相电流调节开关，相电流设的越大，步进电机转速越高、力矩越大。
基于PLC的步进电机控制系统设计
基于PLC的步进电机控制系统设计作者：***
来源：《赤峰学院学报·自然科学版》2021年第01期
摘要：本设计以西门子公司的S7-200可编程逻辑器为中央处理模块，以两相步进电机为控制对象，介绍了西门子S7-200PLC的控制原理和系统总体设计方法，并从软件设计方面详细地讲解了如何用PLC的移位指令和高速脉冲输出指令实现对步进电机的控制。
关键词：PLC;两相步进电机;步进电机驱动模块
中图分类号：TP23 文献标识码：A 文章编号：1673-260X（2021）01-0063-05
0 引言
在生产制造流水线中，经常需要使用定位装置或机械手臂等加工设备来实现生产元件的组装，尤其是对于精度要求较高的组装器件，更需要根据控制要求，选取高精度的电机进行精确控制来减小误差。本设计采用西门子S7-200系列的PLC来控制步进电机[1，2]，西门子S7-200PLC具有逻辑性强、编程控制简单的特点[3，4]，而步进电机可以通过驱动脉冲来控制电机的角度和速度，进而达到了减小误差和精确控制的目的。
1 系统总体设计
基于PLC控制的步进电机电路图如图1所示。控制电路主要由三个部分构成，第一部分是电路的核心处理单元，由西门子S7-200系列PLC构成，本设计就是通过设置PLC高速脉冲发生器的参数来产生频率不同的高速脉冲从而实现电机控制;第二部分是由步进电机驱动板构成，步进电机驱动板主要用来给步进电机提供相应的时序电流和驱动电压;第三部分是由步进电机构成的执行机构，有了足够电压和电流的步进电机经过PLC传输来的不同频率、不同脉冲数的控制信号来达到对自身运行速度及角度的调节，实现了步进电机的驱动。
两相混合式步进电机foc算法
两相混合式步进电机foc算法
FOC（Field Oriented Control）算法是指在两相混合式步进电机应用中，用来控制电机的控制算法。FOC是一种功率环控制的变矩器控制技术，它通过调整各相电流的大小，控制电机转矩，实现电机更高效、精准、稳定的控制。
首先，FOC采用变矩器技术，将电流转换成转矩，转矩连接系统中的动力，构成有效的功率控制，可以有效提高步进电机的负载驱动能力和动态响应能力，实现高性能驱动。
其次，FOC算法采用实时相电流参数传感器技术，以及精确定位控制技术，能够准确获取反馈信息，获得电机的运行参数，调节两相电流，实现电机精确定位控制，提高运行准确度，减少故障误差。
此外，FOC算法还采用直接矢量控制系统，能够有效抑制噪声干扰，从而降低电机故障率，提高运行稳定性。
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综合课程设计
题目两相步进电机
学院计信学院
专业10自动化
班级2班
学生姓名
指导教师文远熔
2012 年12 月28 日
两相步进电机课程设计报告
步进电机是一种进行精确步进运动的机电执行元件，它广泛应用于工业机械的数字控制，为使系统的可靠性、通用性、可维护性以及性价比最优，根据控制系统功能要求及步进电机应用环境，确定了设计系统硬件和软件的功能划分，从而实现了基于8051单片机的四相步进电机的开环控制系统。控制系统通过单片机存储器、I/O 接口、中断、键盘、LED 显示器的扩展、步进电机的环形分频器、驱动及保护电路、人机接口电路、中断系统及复位电路、单电压驱动电路等的设计，实现了四相步进电机的正反转，急停等功能。为实现单片机控制步进电机系统在数控机床上的应用，系统设计了两个外部中断，以实现步进电机在某段时间内的反复正反转功能，也即数控机床的刀架自动进给运动，随着单片机技术的不断发展，单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，自六十年代初期以来，步进电机的应用得到很大的提高。人们用它来驱动时钟和其他采用指针的仪器，打印机、绘图仪，磁盘光盘驱动器、各种自动控制阀、各种工具，还有机器人等机械装置。此外作为执行元件，步进电机是机电一体化的关键产品之一，被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，它的需要量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。步进电机是机电数字控制系统中常用的执行元件，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控制中得到了广泛的应用，大规模集成电路的发展以及单片机技术的迅速普及，为设计功能强，价格低的步进电机控制驱动器提供了先进的技术和充足的资源。
关键字: 步进电机单片机
1 设计内容
根据给定的任务要求选择合适的单片机和其他电子元件，进行系统硬件电路设计和软件编程，根据系统制作并调试电路板，使之实现任务要求。两相步进电机，步距角为3度，编程实现下列功能：
（1） 按键，步进电机按一定速度正转。 （2） 按键，步进电机按一定速度反转。
（3） 任何时候按一下“STOP ”键，步进电机停止转动。 （4） 点动：按键，步进电机转过3度步距角；再按，再转过3度步距角…… （5） 用1602显示屏显示转过的角度。 （6） 用L298芯片驱动。
2 步进电机原理
2.1步进电机原理及控制技术
步进电机一般分为永磁式(PM)、反应式(VR)和混合式(HB)3种类型。目前，二相混合式步进电机的应用最为广泛。图5为二相六线式步进电机的工作原示意图。由图可知，它有2个绕组，且每个绕组都有一个中间抽头。因此，二相步进电机也就有了6根引线。当电机中的绕组通电后，其定子磁极产生磁场，将转子吸合到相应的磁极处。若绕组在控制脉冲的作用下，通电方向使定子在顺时针方向轮流产生磁场，则电机可顺时针转动；通电方向使定子在逆时针方向轮流产生磁场，则电机可逆时针转动。控制脉冲每作用一次，通电方向就变化一次，使电机转动一步，即一个步距角。脉冲频率越高，电机转动也就越快。
本次课设所使用的二相步进电机需要采用双极性的接法。双极性则是指步进电机线圈中电流的流动方向不是单向的,即绕组线圈中的电流有时沿某一方向流动,有时按相反方向流动。步进电机的双极性驱动电路如图2-5所示它使用8个晶体管来驱动2组相位。双极性驱动电路可以同时驱动四线式或六线式的二相步进电机。对于二相六线式步进电机而言, 2个绕组的中间抽头V dd1和V dd2都悬空。根据步进电机的工作原理,当控制器给驱动器发出脉冲信号时,驱动器经过环形分配器和功率放大后,电机绕组通电的顺序为B B A A B B A A →→→,其4个状态按顺序周而复始进行变化,电机转动; 若通电时序就变为A A B B A A B B →→→时,电机就逆向转动。步进电机运转时,当达林顿管Q1和Q4导通时,线圈中电流方
向为A→A;当林顿管Q2和Q3导通时,线圈中电流方向为A→A。可见,步进电机线圈中的电流方向在运转过程中是不断改变的。
(1)
图4-21 二相步进电机原理图
（2）步进电机的速度控制
如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整送给步进电机的脉冲频率，就可以对步进电机进行调试。
（3）步进电机的起停控制
步进电机由于其电气特性，运转时会有步进感。为了使电机转动平滑，减小振动，可在步进电机控制脉冲的上升沿和下降沿采用细分的梯形波，可以减小步进电机的步进角，跳过电机运行的平稳性。在步进电机停转时，为了防止因惯性而使电机轴产生顺滑，则需采用合适的锁定波形，产生锁定磁力矩，锁定步进电机的转轴，使步进电机转轴不能自由转动。（4）步进电机的加减速控制
在步进电机控制系统中，通过实验发现，如果信号变化太快，步进电机由于leizi888 2010 惯性跟不上电信号的变化，这时就会产生堵转和失步现象。所有步进电机在启动时，必须有加速过程，在停止时波形有减速过程。理想的加速曲线一般为指数曲线，步进电机整个降速过程频率变化规律是整个加速过程频率变化规律的逆过程。选定的曲线比较符合步进电机升降过程的运行规律，能充分利用步进电机的有效转矩，快速响应性好，缩短了升降速的时间，并可防止失步和过冲现象。在一个实际的控制系统中，要根据负载的情况来选择步进电机。步进电机能响应而不失步的最高步进频率称为“启动频率”，于此类似“停止频率”是指系统控制信号突然关断，步进电机不冲过目标位置的最高步进频率。电机的启动频率、停止频率和输出转矩都要和负载的转动惯量相适应，有了这些数据，才能有效地对电机进行加减速控制。加速过程有突然施加的脉冲启动频率f0。步进电机的最高启动频率（突跳频率）一般为0.1 KHz 到3~4KHz ，而最高运行频率则可以达到N*102KHz ，以超过最高启动频率的频率直接启动，会产生堵转和失步的现象。在一般的应用中，经过大量实践和反复验证，频率如按直线上升或下降，控制效果就可以满足常规的应用要求。用PLC 实现步进电机的加P 减速控制，实践上就是控制发脉冲的频率。加速时，使脉冲频率增高，减速则相反。如果使用定时器来控制电机的速度，加减速控制就是不断改变定时中断的设定值。速度从v1~v2 变化，如果是线性增加，则按给定的斜率加P 减速；如果是突变，则按阶梯加速处理。在此过程中要处理好两个问题：