通用步进电机升降速控制器设计_李忠科
步进电机指数规律升降速的单片机控制系统设计
优秀设计³³³³学院毕业设计（论文）说明书题目步进电机指数规律升降速的单片机控制系统设计学生系别机电工程系专业班级机械设计制造及自动化机电学号指导老师³³³³学院毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目：步进电机指数规律升降速的单片机控制系统设计系：机电工程系专业：机电一体化班级：学号：学生：指导教师：接受任务时间教研室主任（签名）系主任（签名）1．毕业设计（论文）的主要内容及基本要求用单片机对步进电机进行三相六拍的控制，通过软硬件设计，实现电机指数规律升降速。
(1) 系统总体方案拟定；(2) 数学模型建立，求控制算法；(3) 硬件设计；(4) 软件设计；编写设计说明书，完成系统控制硬件图1张 A 2；2．指定查阅的主要参考文献及说明(1) 《机电一体化系统设计》 (2) 《计算机控制系统分析与设计》(3) 《单片机应用设计》 (4) 《电子电工技术》(5) 《C语言程序设计》 (6) 《机床电气控制》注：本表在学生接受任务时下达摘要从步进电机的矩-频特性可知，启动频率越高，启动转矩越小，带动负载的能力越差。
当启动频率较高时，启动时会造成失步，而停止时由于惯性作用又会发生过冲，所以在步进电机控制中必须要采取升降速控制措施。
本文根据步进电机的动力学方程和矩-频特性曲线建立系统的数学模型，采用指数规律的升降速算法，以单片机为核心对步进电机进行并行控制。
系统的软件设计由C51 语言编程来实现。
并设计了检测系统用于对步进电机转速和步数的检测。
最后，本系统可以实现以下功能：在显示器的提示下，由键盘输入运行的步数和稳定运行的速度；由各个功能键控制系统的运行，按启动键后，步进电机按照输入的步数进行走步；如在运行期间按停止键，则步进电机停止运行。
研究表明，采用指数规律的升降速曲线将大大地提高微机控制步进电机的最高工作频率，大大缩短所需的升降速时间。
步进电机升降速控制技术的研究
步进电机升降速控制技术的研究摘要:介绍了步进电机的矩频特性,角加速度的变化规律以及各种升降速速度控制方案。
通过离散方法,实现了对步进电机升降速的过程进行了控制,并利用C语言实现了单片机对步进电机升降速的离散控制。
关键词:步进电机单片机离散控制步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移(或线位移)的电磁机械装置[1]。
在实际应用过程中,步进电机的速度并不是一次升到位后以恒定速度运行。
它对运行的速度是有要求的,步进电机升(降)速时,应使频率的变化量逐次递增(或递减),若步进电机脉冲频率变化不合理,就会使电机失步或过冲,无法做到准确定位。
从步进电机的矩频特性可以知道启动频率越高,启动转矩越小,限制了步进电机的最高工作频率,并在起动频率越快时,又可能发生失步。
因此,在步进电机中应采取升降速控制技术。
1 步进电机的点一位控制步进电动机的位置控制需要两个参数。
第一个参数是步进电动机控制的执行机构当前的位置参数,我们称为绝对位置。
绝对位置是有极限的,其极限是执行机构运动的范围,超越了这个极限就应报警。
第二个参数是从当前位置移动到目标位置的距离,我们可以用折算的方式将这个距离折算成步进电动机的步数。
对步进电动机位置控制的一般作法是:步进电动机每走一步,步数减1,如果没有失步存在,当执行机构达到目标位置时,步数正好减到0。
因此,用步数等于0来判断是否移动到目标位,作为步进电动机停止运行的信号。
绝对位置参数可作为人机对话的显示参数,或作为其他控制目的的重要参数,因此也必须要给出。
2 步进电机加减速速度曲线方案选择步进电机的理想加减速曲线为非线性曲线。
目前国内外使用较多的加减速控制方法主要有三种:直线型加减速速度曲线、指数型加减速速度曲线、S型加减速速度曲线三种。
直线型加减速速度曲线,这种升降速控制方法的主要优点是数学表达简单,计算简单,节省资源,其主要缺点是在加速过程开始和结束时速度是突跳变的,加速度的突跳变意味着驱动力的突变,由此带来的冲击较大,步进电机驱动系统中可能造成失步现象;指数型加减速曲线,比较符合电机的转矩特性,数学表达相对简单,可以实时计算,加减速终了时加速度突变小,冲击较小。
数控加工中步进电机升降速的控制研究
１ 步进 电机 的开环 系统和控 制电路
步进 电机是一种能够把脉冲转化为机械转角
收 稿 日期 ： ０６—０ ２０ ６—２ ｌ
作者简介 ： 严少卿 （９ ３一 ）男 。０ ５级硕士研究生 １８ 。 ２ ０
维普资讯
江 西理 工 大学 学报
２０ ０ ６年 １ ２月
了数控 系统 的精确 性和 高效性 ．
关 键词 ： 步进 电机 ； 数控技 术 ； 代 码 中图分 类号 ：Ｐ ７ 文 献标 识码 ： Ｔ ２１ Ａ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｈ ｎ ｒ ｌｏ ｅ Ｓ ｅ ｄ ｏ ｓ ａ ｃ ｎ ｔ ｅ Ｃｏ ｔ ｏ ｆｔ ｐ ｅ ｆ ｈ ｔ ｅ Ｓ ｅ ｏ ｏ ｎ ＣＮＣ ｈ ｔｐ Ｍ ｔ ｒｉ
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Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｓ ｓｅ ｔ ｒ ｏ ｄ ： ｔ ｐ ｍｏｏ ；ｃ ｍｐｕ ｅ ｕｍｅ ｃ ｌｃ ｎｒ ｌｔｃ ｎ ｌｇ ；ｃ ｄｅ ｔｒｎ ｉ ｒ ａ ｏ ｔｏ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｏ
Ｕ 引 昌 数控技术是指用数字信号形成的控制程序对
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的 电气装 置 ． 步 进 电机 就 可 以形成 图 １ 示 的 用 所 开 环 系统 ｎ． １
来时 ， 不变 ， 只是 ＋Ｆ＝“” 一Ｆ＝“” ． ０、 １【
２ 步进电机加减速控制原代码
以下是控制步进电机升降速以及电机工作的 程序 ， ｐ ｎ 是加减速标记 ， Ｏ ｌ ２ ３四个值 ． Ｕ ｄｆ ｇ 有 ，， ， 其 中 ｕｄ ｆ各值代表的含义见程序注释部分 ． ｐｎ ｇ 第 二个 程序 是分 别判 断 ，ｙ 三 个方 向有 没有进 给 ， 以及它的正反 向控制， 具体分析见程序及注释 ．
维普资讯
第７ｇ 期 ２ｇ ．６
江西理 工大学学报
精密控制系统中步进电机升降速控制的设计
第 ６期
２０ ０ ８年 ６月
文章 编 号 ：０ １３ ９ （０ ８ ０ — １ ５ ０ １０ — ９ ７ ２ ０ ）６ ０ ７ — ３
机 械 设 计 与 制 造
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步进电动机升降速控制系统
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摘 要： 介绍 了一 种新 颖 的步进 电动 机升 降 速控 制原
ห้องสมุดไป่ตู้
图 ２ 升降速控制原理
ｄ ｗｎ ｐ ｇ ａ ｂｅ ｌｇｃ ｄ ｖ ｃ ｏ ； ｒ ｒ ｍａ ｌ ｏ ｉ ｅ ｉｅ ｏ
当ｆ ＞ ｏ时 ， 逆 计 数 器 的值 增 加 ， 法 计 数 ｉ ｆ 可 。 减 器输 出频率 。 大 ， 进 电动 机加 速运 行 ； 变 步 当 ＝
。
Ａ ｂ ｔａｃ ： ｃ ｎ ｒ ｌｐ ｎ ｉ ｌ ｆｓｅ ｐ ｒ ｍｏｏ ＇ ｐ ｅ ｐ ｓ ｒ ｔ Ａ ｏ ｔｏ ｒ ｃ ｐｅ ｏ ｔ ｐ ｅ ｔｒｓ ｅ ｄ ｕ ／ ｉ ｓ
个 闭环 回路 。
ｄ ｗ ｓ ｐ ｅ ｅ ｔｄ ａ ｄ ａ ｎ ｅ ．Ｔ ｅ ｉ ｌｍｅ ｔ ｗｈ ｃ ｅ ｌ ｅ ｏ ｎ ｉ ｒｓ ｎｅ ｎ ｍｅ ｄ ｄ ｈ ｍｐ ｅ ｎ ｉｈ ｒ ａｉ ｚ
由于 步进 电动 机结 构 上 的特 点 ， 不 能象 直 流 它 电机 、 流 电机 那 样 自动平 稳地 升 降 速 。如 果 起 动 交 时 一次将 速度 升 到 给定 速 度 ， 由于起 动 频 率 超 过极 限起 动频 率 ， 步进 电动机 就会 发生 失步 现象 ， 造成 不
能 正常起 动 。如果 到终 点 时 突然 停 下 来 ， 由于 惯性
时 ， 逆 计 数 器 的 值 不 变 ， 法 计 数 器 输 出频 率 可 减 恒定 ， 步进 电动 机匀 速运 行 ； ｉ＜ ｏ时 ， 当ｆ ｆ 可逆 计 。
步进电机升降速曲线控制系统设计及其应用
Control System Design of Acceleration and Deceleration Curves of Stepping Motor and Its Application
WANG Yong , WANG Wei , YANG Wen2tao
( Research Center of Information and Control , Dalian University of Technology , Dalian 116023 , China)
2ineering of China
Sep . 2 0 0 8 Vol . 15 ,No . 5
文章编号 :167127848 (2008) 0520576204
步进电机升降速曲线控制系统设计及其应用
王 勇 , 王 伟 , 杨文涛
(大连理工大学 信息与控制研究中心 , 辽宁 大连 116023)
针对上述问题 , 本文提出基于 ARM7 微处理器 的步进电机的嵌入式控制系统 。在简要介绍使用 ARM7 对步进电机实现控制的基础上 , 进行了两种 步进电机升降速曲线 , 即分段线性加速[1] 和 S 型曲 线加速[2] 的设计与实现 , 并且给出这两种曲线在工 业定长系统中的应用对比 。
2 升降速曲线控制系统结构
①目前 , 最常用的单色 LCD 控制器 SED1335 的数据传输速度相对于 ARM7 控制器来讲显得十分 缓慢 , 经过初期计算和实际测量 , 刷新一屏 320 3 240 点的图片最快需 130 ms 左右 , 所以在显示任务 繁重的时候其他任务的实时性很难保证 , LCD 屏显 示的速度成了整个系统的瓶颈 。可以选择一款片内 集成 LCD 控制器的微控制器 , 或使用两片微控制 器分别负责人机交互和控制来解决这个问题 。集成 LCD 控制器的微控制器价格普遍偏高 , 因此采取了 第二种解决方法 , 并且通过职责分开 , LPC2132 专 门负责控制 , 大大提高了系统的实时性 , 可以满足 更为苛刻的系统需求 。 ②通过职责分开 , 增加了系 统设计的并行性和修改的灵活性 。在设计控制程序 的同时 , 其他模块的设计工作可以同时进行 , 并且 两个部分可以单独调试 , 互不影响 。同时 , 当需要 修改系统功能时 , 可以只对相关的控制器一侧进行 改动 , 不会影响另一侧的控制器功能 , 从而使功能 修改变得简单易行 。
行业知识：步进电机控制中升降速的设计与实现
行业知识：步进电机控制中升降速的设计与实现在分析步进电机动态特性的基础上，推导了步进电动机理想的升降速控制曲线，实现了指数规律的升降速控制，用离散法对步进电机升降速的过程进行了处理，并用C语言编程实现了单片机对步进电机升降速的离散控制。
，使系统具有良好的动态特性。
0 引言对步进电机的控制是经济型数控系统开发时的一项重要内容，其中对步进电机运动过程中的升降速控制是重点。
在实际的步进电机应用中，尤其在要求快速响应的控制系统中，其关键问题是如何保证步进电机在频繁启停、频率发生突变的高速运转过程中不发生堵转和失步。
而且堵转和失步的发生，与步进电机的变速特性，即与步进电机运行速度的变化规律有关。
步进电机升降速控制目的是防止电机在速度突变时发生“失步”，使运行平稳。
实现升降速控制的方法很多。
由理论推导可知，指数规律的升降速曲线更能使步进电机转子的角加速度的变化与其输出转矩的变化相适应。
实验证明这样将能够大大提高微机控制下步进电机的最高工作频率，大大缩短升速时间。
1 步进电机动态特性分析由于步进电机的输出转矩随步进频率的增加而减少，根据步进电机的动态特性，可以通过其动力模型(二阶微分)描述：式中：J—系统的总转动惯量θ—转子的转角β—阻尼系数 k—与θ成某种函数关系的比例因子 Tz—摩擦阻力矩及其它与β无关的阻力矩之和 Td—步进电机所产生的电磁驱动转矩式中，—惯性扭矩—角加速度显然，惯性扭矩应小于最大电磁转矩Td，在升速阶段角加速度越大越好，使得到达匀速的时间越短，但在加速阶段为了减小对系统的冲击不应该突变，上式实际上反映了矩频特性，即脉冲频率越高转矩越小。
故在不失步的前提之下，在加速阶段应正比于频率f对时间的微分。
故可以表示为：式中：A和B是两个特定的时间常数。
假设在升速阶段的启动频率为，则对（3）式进行拉氏变换得：对（4）式整理得：再次对（5）式进行拉氏反变换整理得：式（6）中，，为时间常数，反映上升速度的快慢，式（7）中，。
一种步进电机最佳升降速的控制方法
一种步进电机最佳升降速的控制方法李汉【期刊名称】《电气自动化》【年(卷),期】2012(034)005【摘要】针对步进电机按特定的升降速曲线进行控制无法充分发挥步进电机最大的驱动能力的情况,提出一种步进电机最佳升降速的控制方法,并给出计算步进电机的最佳升降速率曲线的算法和步骤.为了验证控制方法的有效性,构建一个以32位微处理器ARM7(LPC2114)为控制器的实验装置,实验结果表明控制方法能够充分利用步进电机的驱动能力,减少步进电机到达稳定转速的时间,提高驱动系统的快速性.%The method of using the particular speedup&speeddown curve to control the stepper motor can not make the best use of its driving power. This paper introduces another method to reach the optimumspeedup&speeddown of the stepper motor and provides the way and the step to calculate the optimum rate of speedup&speeddown curve. To testify the validity of this method, a experimental device by using of a 32 - bit microprocessor ARM7 ( LPC2114) is builded. The experimental results shows that this method can make good use of the driving power of the stepper motor and reduce the time for the stepper motor to reach the stable speed, thus improving the rapidity of the driving system.【总页数】3页(P32-34)【作者】李汉【作者单位】广州航海高等专科学校,广东广州510725【正文语种】中文【中图分类】TM301.2【相关文献】1.步进电机最佳升降速控制及仿真 [J], 汪小洪2.一种简单实用的步进电机自动升降速控制电路 [J], 王富东3.步进电机升降速曲线控制方法 [J], 无4.步进电机变频加速度升降速控制方法的研究 [J], 无5.对XK714B伺服驱动步进电机升降速控制方法的探讨 [J], 卢炜;于丹因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
步进电机控制器课程设计
步进电机控制器课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握步进电机的原理、结构及其工作方式；2. 使学生了解步进电机控制器的基本组成、功能及其在自动化控制中的应用；3. 引导学生掌握步进电机控制器的编程方法，能够编写简单的控制程序。
技能目标：1. 培养学生运用步进电机控制器进行实际电路搭建与调试的能力；2. 提高学生分析和解决步进电机控制过程中出现问题的能力；3. 培养学生团队协作、沟通交流的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对步进电机控制器及相关自动化设备的兴趣，激发学生探究精神；2. 增强学生的创新意识，鼓励学生勇于尝试，培养解决问题的自信心；3. 引导学生认识到科技对社会发展的推动作用，增强学生的社会责任感。
课程性质分析：本课程为实践性较强的课程，旨在帮助学生将理论知识与实际应用相结合，提高学生的动手能力和实际操作技能。
学生特点分析：学生在前期已经学习了电机原理、电子技术等相关知识，具备一定的理论基础，但实际操作经验不足。
教学要求：1. 结合学生特点，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力；2. 注重培养学生的团队协作能力和创新能力；3. 关注学生的个体差异，因材施教，提高教学质量。
二、教学内容1. 步进电机原理与结构- 介绍步进电机的种类、原理及特点；- 分析步进电机的结构及其工作方式；- 结合教材第3章第2节内容，阐述步进电机在自动化控制系统中的应用。
2. 步进电机控制器组成与功能- 讲解步进电机控制器的硬件组成及各部分功能；- 介绍步进电机控制器的软件编程方法；- 引导学生阅读教材第4章第1节，了解控制器在自动化设备中的应用实例。
3. 步进电机控制器编程与调试- 教授步进电机控制器编程的基本语法和技巧；- 指导学生编写简单的控制程序，实现步进电机的运动控制；- 结合教材第4章第3节，组织学生进行实际电路搭建与调试，培养学生的动手能力。
4. 步进电机控制应用案例分析- 分析典型的步进电机控制应用案例，如数控机床、机器人等；- 引导学生了解教材第5章相关内容，探讨步进电机在各个领域的应用前景。
步进电机控制器课程设计
步进电机控制器课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握步进电机控制器的基本原理、工作方式和应用场景。
通过本课程的学习，学生应能理解步进电机的运行原理，熟练掌握步进电机控制器的使用方法，并能够运用所学知识解决实际问题。
具体来说，知识目标包括：1.了解步进电机的基本原理和工作方式。
2.掌握步进电机控制器的功能和性能指标。
3.熟悉步进电机控制器在各种应用场景中的使用方法。
技能目标包括：1.能够正确安装和调试步进电机控制器。
2.能够编写简单的步进电机控制程序。
3.能够对步进电机控制器的运行状态进行监测和故障排查。
情感态度价值观目标包括：1.培养学生对先进制造技术的兴趣和认识，增强学生的创新意识。
2.培养学生团队合作精神和动手实践能力。
3.培养学生对工程伦理和职业素养的重视。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.步进电机的基本原理和工作方式：包括步进电机的结构、原理、特性等。
2.步进电机控制器的功能和性能指标：包括控制器的硬件组成、软件设置、接口协议等。
3.步进电机控制器的应用场景：包括步进电机在工业自动化、机器人、数控机床等领域的应用。
4.步进电机控制器的安装和调试：包括控制器的硬件连接、参数设置、故障排查等。
5.步进电机控制程序的编写：包括控制算法、程序结构、调试与优化等。
三、教学方法为了达到本课程的教学目标，我们将采用多种教学方法进行教学，包括：1.讲授法：通过讲解和演示，使学生了解步进电机控制器的基本原理和功能。
2.讨论法：通过小组讨论和问答，培养学生的思考能力和团队协作精神。
3.案例分析法：通过分析实际应用案例，使学生更好地理解步进电机控制器的应用场景。
4.实验法：通过动手实践，使学生掌握步进电机控制器的安装、调试和编程技巧。
四、教学资源为了支持本课程的教学内容和教学方法，我们将准备以下教学资源：1.教材：选择一本与步进电机控制器相关的教材，作为学生学习的主要参考资料。
2.参考书：提供一些与步进电机控制器相关的参考书籍，供学生深入研究。
步进电机速度控制系统设计
步进电机速度控制系统设计目录1 总体方案的确定 (1)1.1 对步进电机的分析 (1)1.2 电机的控制方案 (2)1.3 控制算法的方案 (3)1.4 串口通讯的模拟 (3)2 硬件的设计与实现 (4)2.1 微处理器的选择 (4)2.2 控制电路的实现 (4)2.3 键盘和显示电路 (6)3 软件的设计与实现 (6)3.1 控制信号输入程序 (7)3.2 步进电机控制程序设计 (8)3.3 程序分析及说明 (9)4 系统的仿真与调试 (10)4.1 程序的调试 (11)4.2 串口通信的调试 (11)4.3 调试结果及分析 (11)5 设计总结 (13)参考文献 (14)附录 (15)步进电机速度控制系统设计步进电机速度控制系统设计报告1 总体方案的确定系统以单片机为核心，接收并分析来自键盘或串口的控制指令，经过CPU的逻辑计算输出控制信息，让步进电机按要求转动。
由于步进电机是开环元件，系统不需反馈环节，但也同时要求控制信号足够精确。
此外，为实现单片机与电机之间信号对接，需要加入步进电机驱动单元。
1.1 对步进电机的分析步进电机又叫脉冲电机，它是一种将电脉冲信号转化为角位移的机电式数模转换器。
在开环数字程序控制系统中，输出控制部分常采用步进电机作为驱动元件。
步进电机控制线路接收计算机发来的指令脉冲，控制步进电机做相应的转动，步进电机驱动数控系统的工作台或刀具。
很明显，指令脉冲的总数就决定了数控系统的工作台或刀具的总位移量，指令脉冲的频率决定了移动的速度。
因此，指令脉冲能否被可靠地执行，基本上取决于步进电机的性能。
步进电机的工作就是步进转动。
在一般的步进电机工作中，其电源都是采用单极性的直流电源。
要是步进电机转动，就必须对步进电机定子的各相绕组以适当的时序进行通电。
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（即步进角）。
通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，即可达到调速的目的。
步进电机速度控制课程设计
步进电机速度控制课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解步进电机的原理与结构，掌握步进电机速度控制的基本概念。
2. 使学生掌握步进电机速度控制的相关公式，并能进行简单的计算。
3. 让学生了解步进电机速度控制系统的组成及工作原理。
技能目标：1. 培养学生运用所学知识，设计简单的步进电机速度控制系统的能力。
2. 培养学生运用相关软件工具对步进电机速度控制系统进行仿真与调试的能力。
3. 培养学生通过团队合作，解决实际步进电机速度控制问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对步进电机速度控制技术的兴趣，激发学生的创新意识。
2. 培养学生严谨的科学态度，注重实验数据的准确性和可靠性。
3. 培养学生具备良好的团队协作精神，学会分享与交流。
课程性质：本课程为实践性较强的课程，旨在让学生通过理论学习与实践操作，掌握步进电机速度控制的相关知识。
学生特点：本课程面向高中年级学生，他们对电机控制有一定的基础知识，具备一定的动手能力和探究精神。
教学要求：结合学生特点，课程目标分解为具体的学习成果，注重理论与实践相结合，强调学生动手操作能力的培养。
在教学过程中，注重启发式教学，引导学生主动思考，培养学生的创新能力。
同时，注重团队合作，提高学生的沟通与协作能力。
二、教学内容1. 步进电机原理与结构：介绍步进电机的种类、工作原理、主要性能参数，使学生了解步进电机的特点及应用场景。
教材章节：第一章第一节2. 步进电机速度控制基本概念：讲解步进电机速度控制的方法、原理，引导学生掌握步进电机速度控制的基本知识。
教材章节：第二章第一节3. 步进电机速度控制公式与计算：推导步进电机速度控制的相关公式，通过实例讲解，使学生掌握计算方法。
教材章节：第二章第二节4. 步进电机速度控制系统组成及工作原理：分析步进电机速度控制系统的组成部分，阐述各部分的工作原理及相互关系。
教材章节：第三章第一节5. 步进电机速度控制系统设计与仿真：教授步进电机速度控制系统的设计方法，指导学生运用相关软件进行仿真与调试。
基于单片机的步进电机升降速并行控制
基于单片机的步进电机升降速并行控制陈虹丽;马国豪;李强【摘要】采用英飞凌单片机为核心控制器,设计并实现了一款基于单片机的步进电动机升降速控制系统.系统由键盘、显示器、报警电路以及步进电动机驱动电路构成;设计了检测系统,检测步进电机的转速和步数.根据步进电机动力学方程及矩频特性曲线建立系统数学模型,采用指数规律升降速算法,对升降速过程离散化,用单片机定时器控制脉冲发出时间间隔,利用计算和查表相结合的方式实现步进电机的升降速过程控制.【期刊名称】《实验技术与管理》【年(卷),期】2018(035)007【总页数】3页(P83-85)【关键词】步进电机;升降速控制;单片机【作者】陈虹丽;马国豪;李强【作者单位】哈尔滨工程大学自动化学院 ,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学自动化学院 ,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学自动化学院 ,黑龙江哈尔滨 150001【正文语种】中文【中图分类】TM383.6步进电机是自动控制系统和数字控制系统中广泛应用的执行元件[1-3]。
步进电机的启动频率越高,启动转矩越小,带动负载的能力越差。
在步进电机启动时,若控制脉冲频率比较高,则会出现失步现象,如果步进电机在高速运行状态下突然停止,由于惯性作用则会出现过冲[4-6],所以在步进电机控制中必须采取升降速控制方法。
本文以单片机作为微处理器[7-9],组成步进电机的单片机控制系统,由单片机产生控制脉冲信号,控制功率驱动电路按照一定的顺序开通或断开。
单片机完成对控制脉冲信号的分配工作以及对步进电动机转动方向和转动速度等功能的控制。
1 步进电动机的单片机控制本系统采用并行控制方法[10],并使用软件而不使用硬件来完成对控制脉冲的分配,用单片机的4条I/O口P0.0—P0.3直接控制步进电机(A—D相)每一相驱动电路(A—D相),由单片机按照通电顺序向驱动电路发出控制脉冲。
电机采用四相八拍工作方式,各相绕组的通电顺序是：A—AB—B—BC—C—CD—D—DA—A(正转)；A—AD—D—DC—C—CB—B—BA—A(反转)。
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将总步进脉冲数 N =256 ×N 2 +N 1 分成 N 升 N 降 两部分 , 两部分的脉冲数分别是 :N 降H = N 2/ 2 , N 降L = N 1/ 2 , N 升H = N 2 -N 降H , N 升L = N 1 -N 降L .算法的基本思想是每输出 n 个(n 由 主机命令中或得)步进脉冲 , 调 整一次输出脉冲 周期 , 脉冲周期由命令字节中的步进脉冲宽度信 息和表格当前元素 T i 共同决定 .若已到达表尾 , 则脉冲周期不再变化 .记录从此时开始直到升速 段结束输出步进脉冲的个数 , 然后转入降速段 .降 速段的过程与升速段对称 , 不再叙述 .若升速段结 束 , 没有到达表尾 , 则直接转入降速段 .升速段流 程图见图 3 .
升速曲线由突跳频率和加速曲线组成 , 见图
2 .突跳频率是指步进电机在静止状态时突然施加 的启动脉冲频率 , 此频率不可太大 , 否则会堵转或 丢步 .升速曲线应为连续曲线 , 否则会产生加速度
收稿日期 :2004 -03 -19 作者简介 :李忠科(1956 -), 男, 辽宁辽阳人 , 教授 , 博士生 .
第 26 卷 第 3 期 20 04 年 6月
沈 阳 工 业 大 学 学 报 Journal of Shenyang Universit y of T echnology
Vol.26 No.3 Jun .2 0 0 4
文章编号 :1000 -1646(2004)03 -0287 -03
时间间隔不等脉冲数的控制方法 .该方法可实现 按指数规律的升降速控制 .为方便单片机编程 , 本 文采用了等脉冲数不等时间间隔方法 , 仅使用一 个表格 , 表格中各元素 T i 按下述公式计算
i-1
t = ∑Tk k =0
T i =1/[ f m(1 -e-t/τ] 式中 T i 代表第 i 个步进脉冲的周期宽度 .编程 时顺序读取 T i 的值 , 用作延时函数的参数 .若以 Ti 的值每次连续输出 n 个脉冲 , 则使升速过程变 长 , 但仍是一条指数曲线 , 相当于原曲线的时间常 数加大 n 倍 .方便根据负载变化调节升速过程 .
说 明
S0
c5
c4
c3
c2
c1
c0 S1S0 :控制器编号 ;c5-c0 加速度参数
d
m1
m0
w3
w2
w1
w 0 d :旋转方向 , m1 m0 电机编号 , w 3-w 0 转速参数
x
x
x
x
x
x
x x :0 或 1, 步进脉冲总数低字节
x
x
x
x
x
x
x x :0 或 1, 步进脉冲总数高字节
2 升降速曲线
1 硬件结构
见图 1 .此控制器基于单片机 89C51 , 每个控 制器可驱动 4 台步进电机 .编号开关设置本控制
表 1 命令格式 Table 1 Format of comm and
图 1 硬件结构 Fig .1 Structure of hardw are
字节
C
S1
M
0
N1
x
N2
x
组 成
第3期
李忠科等 :通用步进电机升降速控制器设计
28 9
和加速等参数 , 可灵活适应不同电机数量 , 不同负 载要求 .返回给主机的开关量信号可用来反映零 位 、限位开关等状态 .上述特点使本控制器具有很 强的通用性 .
参考文献 : [ 1] 余锡存 , 曹国华 .单片机原理及接口技术[ M] .西安 :
Abstract :This paper i nt roduces a universal speed-up and speed-dow n cont roller of step motor based on microcont roller 89C51 .Modif iable t ime interval is used to realize the speed-up and speed-dow n curve .T he 485 communication interface is adopted and parameters such as mo tor number , speed , acceleration are built in the co nt rol comm and by tes w hich makes t he cont roller possesses maximum facili ty t hat meet the different requirement s such as the number of t he motors and changeable loads .In addition , the by te that ret urned to the host computer can be used to indicate t he position of zero and the st ates of safety sw itches.
器的编号 , 当接入 485 总线时 , 用来与其他设备相 区别 .波特率可选择开关 2 400 -19 200 b/ s 不同 的通信速率 .单片机的 P0 口用来输出 0 ～ 3 号电 机的方 向与步进脉冲 .P1.0 ～ P 1.5 是开关 量输 入 , 可输入限位开关信号 .主机通过 485 接口向控 制器发出命令 , 命令由 4 个字节组成 :C , M , N1 , N 2 .C 中的 C 7 C6 是控制器编号 , 其余 6 位是加速 度参数 ;M 指出电 机号 、方向 和步进 脉冲宽 度 ; N 1 N 2 指示步进脉冲总数 N =256 ×N 2 +N 1 .控 制器执行完命令后 , 向主机返回一个字节的应答 信号 , 其中包含 6 路开关量的状态 , 供主机使用 . 命令格式见表 1 .
2 88
沈 阳 工 业 大可推出升速曲线是 一条指数曲线[ 2] .
图 2 升速曲线示意图 F ig .2 Curve of spced-up
f (t)= f m(1 -e-t/τ) 式中 f m 是步进电机的最高工作频率 , 与电机的 电磁转矩等参数有关 , τ是时间常数 , 与负载转动 惯量和转矩常数有关 .步进电机在降速时力矩增 大 , 对降速曲线的要求可比升速曲线低 , 步进脉冲 的频率不可下降太快 , 只要保证电机不超步既可 . 理想的升降速曲线并不对称 .为简单起见 , 一般将 升速曲线的逆过程用作降速曲线 , 即采用对称化 设计 .在单片机中实时计算指数曲线并不容易 , 所 以一般采用离散化方法 , 事先计算一些频率点 , 再 用折线或直线拟合[ 3] .一种可行的方法是将升速 阶段按时间间隔均匀地划分为 n 段 , 计算出每段 的脉冲周期参数和脉冲个数参数 , 生成两个表格 , 第一个表格的第 i 个元素指出第 i 段曲线的脉冲 周期 , 第二个表格的第 i 个元素指出第i 段应输出 的脉冲个数 , 各段输出脉冲数不相同 .这是一种等
ing speeds of a stepping moto r[ J] .Journal of Beijing University of Chemical T hchnology , 2003(1):92 -94 . [ 3] 高亮 .8051 单片机对步 进电机 的控制 及步进 电机升 降速曲线的设计[ J] .测控技术 .2002(11):64 -65 . (Gao L .Control of stepmotor w ith 8051 chip processor and the design of speed-up and specd-doun curve[ J] . M easuring T echnology , 2002(11):64 -65 . [ 4] Ya D , Li C X , Wang X X .Precise Control of Step M o-
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图 3 升速段流程图 Fig .3 Flow chart of specd-up phrase
4 结束语
上述设计满意地应用于牙颌模型激光三维扫
描仪的转台控制 .采用等脉冲数不等时间间隔方 法只需事先计算一个表格 , 简化了单片机编程 , 算 法简洁明了 .485 接口使得本控 制器可与其他装 置一起组网使用 .主机命令字节中有电机号 、转速
西安电子科技大学出版社 , 2000. (Yu X C, Chao G H.M onolithic processor theory & intertace technology[ M] .Xi' an:Press of Xi' an U niversity of Electionic science & T ecnnology , 2000 .) [ 2] Li H B, He X T .Discre te co ntrol of raising and reduc-
Design of universal speed-up and speed-down controller of step motor
L I Zhong-ke1 , L I Fu-bao2 , L I Q in3
(1.T he 9th Depar tment , N orthwestern Po lytechnical University , Xi' an 710072, China ;2.M echanical Enginecring School, Nor theast University .Sheny ang 110004 , China ;3. Engineering Colleg e, Shenyang U niversity of Technology , Liaoy ang 111003, China)