基于ARM的步进电机的驱动

【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ＡＮＳＹＳ
Ｓｔｒｅｎｇｔｈ
ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ ａｎａｌｙｓｅ
１概述 机床托生产制造中占有很重要的地位，代表一个国家制造业的发展水 平。机床的制造精度能够影响剑其产品能达到的精度水平，所以说机床性能 的好坏直接影响到制造零件性能。通常情况下，冲床的受力比较大，Ｔ作平 台上会有一定的形变，如果形变过大，制造出来的零件也会有比较大的变 形。其次，床身的受力比较大，栩埘比较复杂，所受最大综合应力鹿小于材 料的许用鹿力，另外考察冲床的振动需露达到一定的要求。否则有可能引起 床身的崩溃。闪此，我们需受对机床的强度、刚度和振动作ｍ分析。 本文借助有限元分析软件ＡＮＳＹＳ，埘机床结构形式和机床整体静刚度 进行了有限元分析。得出了机床整体的应力、应变分布云图和在载荷作ＪＨ下 各肖点的位移，同时我们对机床卜变形最大处进行ｒ基于ＡＮＳＹＳ仿真分析 软件的瞬态分析。通过分析数据。能微清楚的了解设计巾存在的缺陷及结构 巾出现的薄弱环节，这为机床的结构设计．受力分析及设计机床－Ｌ作宅问的 大小提供ｒ可靠的理论依据。 ２冲床结构和工作原理
2.周忠辉 进电机驱动实现的方法[期刊论文]-仪表技术与传感器 2004(01) 3.黄文平 浅谈步进电机的驱动[期刊论文]-机床电器 2004(05)
4.刘宝廷;程树康 步进电动机及其驱动控制系统 1997 5.郑志聪 步进电机的一种驱动设计 2008(07)
本文读者也读过(9条) 1. 楚荣珍.周向宁.张鹏.CHU RONGZHEN.ZHOU XIANGNING.ZHANG PENG 嵌入式步进电机控制系统的设计与实现[期刊 论文]-微计算机信息2007,23(2) 2. 袁旭龙.唐杰.陈军华.李通.李建霖.邹亮.YUAN Xu-long.TANG Jie.CHEN Jun-hua.LI Tong.LI Jian-lin.ZOU Liang 基于ARM的步进电机控制器设计[期刊论文]-邵阳学院学报（自然科学版）2010,07(2) 3. 黄勤兵.周桂耀.王京京.张巧云.牛改霞.Huang Qinbing.Zhou Guiyao.Wang Jingjing.Zhang Qiaoyun.Niu Gaixia 基于嵌入式ARM Linux步进电机驱动程序的设计[期刊论文]-电子技术2010,47(7) 4. 孙祥国.SUN Xiang-guo 基于ARM单片机的步进电机控制系统设计[期刊论文]-机电工程技术2007,36(6) 5. 刘艳霞.桑兆辉.LIU Yanxia.SANG Zhaohui 基于ARM芯片S3C4510的步进电机加减速控制[期刊论文]-机床与液压 2007,35(7) 6. 徐祖华.肖志华.苏泽光.XU Zu-hua.XIAO Zhi-hua.SU Ze-guang 基于ARM的步进电机细分控制[期刊论文]-南华 大学学报（自然科学版）2006,20(4) 7. 刘艳霞.桑兆辉 基于ARM芯片S3C4510的步进电机加减速控制[会议论文]-2007 8. 黄杰.黄秉錬.罗晓曙.马勇赞.李华斌.汪建平.HUANG Jie.HUANG Bing-lian.LUO Xiao-shu.MA Yong-zan.LI Hua-bin.WANG Jian-ping 基于ARM的多功能步进电机控制系统设计[期刊论文]-信息技术2009,33(9) 9. 张艳敏.罗海兵.ZHANG Yan-min.LUO Hai-bing 基于ARM芯片的步进电机加减速控制[期刊论文]-河北工程技术高 等专科学校学报2009(2)
wk.baidu.com
｛ｈ＋＋ｌ
万方数据
科技博览ｌ １４７
Ｗ 料掌论坛
Ｉ
基于ＡＮＳＹＳ的压力机静力与瞬态分析
（１．安徽国佶资产砰估有限责任公司
李自金１ 郭葬２ 安徽合肥 ２３００６ｌ
２．海军装备研究院
北京
１００１６１）
【摘耍】介绍了·种自行开发设计的压力机的结构，工作原理。针对该结构，运用ＡＮＳＹＳ软件机构分析方法，计算在Ｔ作冲击Ｆ，其最大偏动位移和
基于ARM的步进电机的驱动
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)：
郑珊珊， 闻娟， 龚慧斌 江西理工大学机电工程学院,江西赣州,341000
中国科技博览 CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY REVIEW 2009(21)
参考文献(5条)
1.周立功;张华 深入浅出ARM7 2005
图ｌ系统结构框图 ２．１．１变频信号源 变频信号源是一个脉冲频率能由几Ｈｚ到几十ｋＨＺ连续变化的脉冲信 号发生器，常见的有多谐振荡器和单结晶体器构成的弛张振荡器，它们都是通 过调节Ｒ和Ｃ的大小，以改变克放电的时问常数，得到各种频串的脉冲信号。 在此用到的是ＬＰＣ２１３ｌＡＲＭ板，内有晶体振荡电路，可以输出一定频率的 时钟脉冲信号。 ２．１．２脉冲分配器 脉冲分配器又称环形分配器．它根据运行指令按一定的逻辑关系分配脉 冲，通过功率放大器加到步进电机的各相绕组，使步进电机按一定的方式运 行，并实现正反转控制和定位。脉冲分配器的功能可以用硬件来实现，也日Ｉ以 用软件来实现。在此，我们用·个硬件电路来实现其脉冲分配的功能Ｉ”。 本课题中脉冲分配电路图如图２所示，是由继电器开关组成的桥式电 路，这是相对于Ａ相绕组而占的，还有相对于Ｂ桕绕组的相同的桥式电路， 在这里我们只吾出了一个绕组的接线圈。对Ｂ相绕组而言相对应的输出口 是Ｐ０．５和Ｐ０．７口。 ２．１．３工作原理 当对Ｐ０．４口置高电平时，电流流过常闭开关。Ａ相绕组正向导通，当
大器的要求包括：能提供足够的幅值；前后沿较陡的励磁电流，功耗小，效率 高Ｉ运行稳定ｕＩ靠，便于维修而且成本低。
我们设计的冲床由液压缸和床身构成，在液压的作用Ｆ，带动活塞传 动到王三轴Ｊ：使主轴形成向下运动．从而形成冲力，使工件在模具中产隹规定的 变形嘶达到加下的目的，冲头以１ Ｏ吨的冲击力埘钢件进行冲压。
网３程序流程
控制电机正反转部分的主要程序段： ｉｎｔ ｍａｉｎ（ｖｏｉｄ）
｛ｕｉｎｔ８ ｚｘ＝Ｏｌ ＰＩＮＳＥＬ０＝Ｏｘ００００００００。
／／标志位 ／／Ｉ／Ｏ口全部设置为ＧＰＩＯ
ＩＯＯＤｌＲ＝０ｘ００００００Ｆ０。
ＴｉｍｅｒＯ—ＩｎｉｔＥｘｔ（）Ｉ ＩＲＱ—Ｉｎｉｔ ０。 ＩＲＱＥｎａｂｌｅ（）ｌ １００ＣＬＲ＝０ｘｏｆｔ
此压力机的冲头采Ｊｆｌ的是液压动力，压力的加载过程如图２所示。
０
ｏ．４
０，８
１．２ Ｔ店
罔２压力加载过程 ３ ＡＮＳＹＳ有限元分析瞬态分析缩减法的理论肇础 ＡＮＳＹＳ的瞬态分析包括完全法，缩减法，模怠叠加法。缩减法就是应 用缩减矩阵讣算动力学响应，因为模型巾不含非线性特征，经过对比分析， 我们选用缩减法对墟力机的工作情况进行分析。 缩减法采川Ｉ｛ＢＩ算法米计算特征值和特征向量。矩阵缩减是通过缩减 模犁矩阵的大小实现快速简便的分析的算法，在各种动力学分析巾均有应 用，也用ｒ子结构分析以生成超睢元。矩阵缩减允许按照静力学那样建矗一 个详细的横犁。面Ｈ仅将有动力学特性的部分Ⅲ于动力分析，可以通过辨识
强度。将模型在ＡＮＳＹＳ中做瞬态分析，分析该机器的Ｊ二作情况，振动情况及危险部位等信息。仿真试验结果表明该结构在实际应用中满足要求。
【关键词］ＡＮＳＹＳ 强度 瞬态分析
【中图分类号］ＴＵ３
【文献标识码】Ａ
【文章编号］１００９－９１４Ｘ（２００９）０８（ｂ）－０１４８－０２
ＳＴＡＴＩＣ ＡＮＤ ＦＡＴＩＧＵＥ ＡＮＡＬＹＳＩＳ ＦＯＲ
二◆～ 对相同Ｂ相绕组中的Ｐ０．５口置高电平时，Ｂ相绕组中桥式电路的电流流过
常闭开关，Ｂ相绕组正向导通，从而驱动步进电机从Ａ相转到Ｂ相转动起 来。’使用软件编程进行控制时，就是根据这样的原理写出编码，从而控制 步进电机的转动。
图２脉冲分配图 ２．２设计 在基ｆ ＡＲＭ的程序中，我们设计一个驱动二相步进电机的程序，程序 流程图如图３所示：
【关键词］ＡＲＭ 步进电机 脉冲分配
【中图分类号］ＴＰ２
【文献标识码Ｍ
【文章编号］１００９－９１４Ｘ（２００９）０８（ｂ）一０１４７—０２
引言 步进电机又称脉冲电动机．是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构， 是敬字控制的一种执行元件．其町以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速 度和加速度，从而达到调速的Ｕ的。对于步进电机控制系统，运动控制器就 像是它的中枢神经系统，指挥着它的每个动作。其｛三要优点是有较高的定位 精度，无位置累积误差ｔ但是，步进电机在低速运行时的振动、噪声大，在步 进电机的自然振荡频牢附近运行时易产生共振，且输出转矩随着步进电机的 转速升高而下降，这些缺点限制ｒ步进电机的血用范围。步进电机的性能在 很大程度上取决ｆ所用的驱动器，改善驱动器的性能，可以显著地提岛步进电 机的性能。因此研制高性能的步进电机驱动器是一项普遍关注的课题旧Ｉ。 １步进电机的特点 步进电机具有转矩大、惯性小、响应频率高等优点，因此具有瞬间起动 与急速停止的优越特性。步进电动机与一般的电动机不同，只接电源时不能 转动，每加·次脉冲信号后仅转动一定的角度。它Ｈｒ以精确地控制转动的角 度，还可以实现开环控制，其控制精度也很高。而且输出的转角或位移精度 高，误差不会积累；更重要的是控制系统结构简单，可以直接驱动机器人的关 节而不需要减速装置。因此，虽然直流电机伺服系统、交流电机伺服系统在 计算机控制系统中被普遍地使用。但步进电机仍厂‘泛用于简易数控机床、送 料机构、仪器、仪表等领域。 ２步进电机驱动方法及软硬件实现 步进电机驱动的组成包括变频信号源、脉冲分配器和功率放大器３ 部分‘２ｌ： （１）脉冲信号：一般由时钟芯片或单片机等产生，一般要求脉冲信号的频 率可变．以控制电机的转速的变化。 （２）控制信号：根据不｜司的步进电机和实际需要，采用适当的控制方式。 （３）驱动：功率放大是驱动系统最为重要的部分。步进电机在一定转速 下的转矩，取决ｆ它的动态平均电流而１Ｆ静态电流。平均电流越大电机力矩 越大，要达到平均电流大这就需要驱动系统尽量克服电机的反电动势。因而 不同的场合采取不同的驱动方式。在这里的驱动是基于ＡＲＭ的两相步进电 机的驱动。也就是说软件中我们是采用ＡＲＭ进行编程从而实现控制电机的 转动，从ＧＰＩＯ口输出脉冲，由于发出的电流等都很小，要加一个功率放大 电路再接到电机上，才能驱动电机转起来。 ２．１电机驱动的组成 步进电机的驱动电路由变频信号源、脉冲分配器以及功率放大器等组 成如图ｌ所示：
６ｌ－６２．
［３】黄文平，浅谈步进电机的驱动【Ｊ】．机床电器，２００４，（５Ｘ ５６－５７． 【４１刘宝廷，程树康．步进电动机及其瓤动控制系统【Ｍ】，哈尔滨：工业 大学出版社．１９９７． 【５】郑志聪．步进电机的一种驱动设计【Ｊ】．软件导刊，２００８，（７）：１３６－
１３８．
１４８ ｌ科技博览
万方数据
ＰＵＮＣＨ ＢＡＳＥＤ ＯＮ ＡＮＳＹＳ
Ｌｉ ｚｉｊｉｎ （１．ＡＮＨＵＩ ＧＵＯＸＩＮ ＡＳＳＥＴＳ ＶＡＬＵＡＴＩＯＮ ＣＯＭＰＡＮＹ ＬＩＭＩＴＥＤ
Ｇｕｏ ｒｏｎｇ Ｈｅｆｅｉ ２３００６１
２．Ｎａｖａｌ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ａｒｍａｍｅｎｔ Ｂｅｉｉｉｎｇ １００１６１）
【ＡｂｓｔｒａｃｔＩＴｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｕｎｃｈ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｕｒｔｈｅｓｔ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｂｙ ｐｕｎｃｈｉｎｇ ａｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ＡＮＳＹＳ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅ ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ ａｎａｌｙｓｅ ａｎｄ ｄａｎｇｅｒｏｕｓ ｐｏｒｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｒｔｓ ａｒｅ ｇｏｔ ｉｎ ａｎ ａｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｃ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｉｓ ｒｅａｓｏｎａｈｉｅ．
３结语 随着自动控翩技术，计算机网络通信技术在众多领域中的进一步应用 与发艘以及数‘＃化、智能化技术的Ｕ益发展．步进电机驰动系统，在当今信息 社会Ｈ趋重要，电脑外围的一些装置更足不ｕ『缺少，如磁盘机，打印机、绘图 机等，义如ＣＮＣ机，机械人，仪器，仪表等各种信息１二业产品巾，都以步进 电桃作为其传动的重心．步进电机将会征更加深入广泛的领域中得以应用， 并且其驱动系统也将随之发展，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。 【参考文献】 【Ｉ】周立功，张华．深入浅出ＡＲＭ７［Ｍ】．北京；航空航天大学出版社， ２００５． 【２】周忠鲜，进电机驱动实现的方法【Ｊ】．仪表技术与传感器，２００４，（１Ｘ
图ｌ所承为提ｌＢ的墟力机结构
图ｌ 压力机整体结构
ｉｆ（ｈ＞＝４） ｛ｈ＝０ｌ ｝
Ｅｌｓｅ
／／标志为０时电机反转
｛ｈ－－Ｉ ｉＩ（ｈ＝＝０ｘＩＩｆｆ） ｛ｈ＝３ｌ｝ ｝
ＳＡＴ＝Ｏｌ ｝
｝ ｒｅｔｕｍ Ｏｌ
｝ ２．３功率放大器
／／返回
功宰放大器又称驱动电路，其作用是将脉冲发生器的输出脉冲进行功率 放大，给步进电机棚绕组提供足够的电流，驱动步进电机ｌＦ常丁作．对功率放
／／Ｐ０．７一Ｐ０．３口设置为输出 ／／定时器初始化 ／／中断初始化 ／／中断使能
ｗｈｉｌｅ（１） ｛ｉｆ（ｓＡＴ＝＝Ｉ）
｛ＩＯＣＬＲ＝０ｘｏｆｏｌ
ＩＯＳＥＴ＝ＴＡＢ【１１】＜＜４，
ｉｔ（（１００ＰＩＮ＆ＫＥＹｌ）＝＝Ｏ）
｛ＺＸ＝ｌＩ
｝
ｄ贽
／／标志位为ｌ
ｆ ＺＫ＝０ｌ
｝
ｉｆ（ＺＫ＝＝１）
／／标志位为Ｏ ／／标志为ｌ时电机正转
基于ＡＲＭ的步进电机的驱动
啊Ｉ 槔掌伦坛
郑珊珊闻娟 龚慧斌 （江西理工大学机电工程学院 江西赣州
３４１０００）
ｆ摘要】针对于二相步进电机的运行，提出一种用ＡＲＭ控制器驱动步进电机运行的方法，给出了驱动电路图以及脉冲分配图，根据这个原理，可以实
现对二相，四相步进电机的控制，达到了用ＡＲＭ控制步进电机运行的目的．具有很强的实用性．