步进电机的升降频控制系统设计
步进电机控制系统设计
步进电机控制系统设计传统的电流式掌握方法是检测流经绕组的电流，并将反馈信号送到掌握芯片，然后由掌握芯片打算是增加还是降低绕组电流，以取得所需的电流强度。
这种掌握方法使电机在宽转速和宽电源电压范围内保持抱负的转矩，特别适用于全步进和半步进电机驱动，而且实现起来特别简单。
闭环掌握电路将电流施加到绕组。
反电动势(BEMF)会降低绕组电压，延长电流达到抱负值的时间，因此，反电动势限制电机转速。
虽然系统无需知道反电动势值，但是，不重视且不修正这个数值将会导致系统性能降低。
由于电源电压变化导致峰值电流有时波动幅度很大，所以，直到现在，工程师还是尽量避开使用电压式掌握方法。
工程师们还想避开反电动势随着电机转速增加而上升的问题。
在这种状况下，业内消失了能够补偿反电动势的智能电压式掌握系统。
这种驱动方法使电机运转更顺畅，微步辨别率更高，是对高精度定位和低机械噪声要求严格的应用的抱负选择。
电压式掌握是一种开环掌握：当正弦电压施加到电机相位时，机电系统将回馈正弦电流。
我们可以用数字方法补偿反电动势和峰流变化。
在记住电机的精确特性（电机电感-转速曲线、反电动势-转速曲线、电机电阻）后，计算并施加电压，以取得抱负的电流值。
电压式掌握方法是向电机施加电压，而不是恒流。
施加的电压值能够补偿并完全消退反电动势效应，施加电压的上升速率与因电机转速增加而导致反电动势上升的速率相同，保证电流幅度对转速曲线平坦。
在已知所需电流后，就可以确定取得该电流需要施加的精确电压值。
因此，电流是由电压间接掌握，如图1所示。
图1：反电动势(BEMF)补偿电压式掌握还节约了分流电阻，可取得高微步辨别率和极低的转矩脉动。
事实上，意法半导体的L6470取得了多达128步的微步掌握。
这款数字电机掌握驱动器的核心是一个能够降低微掌握器资源占用率的数字运动引擎(DME)。
数字运动掌握引擎是由行为命令掌握，例如，肯定位置恳求，并根据预设转速曲线边界驱动电机运动。
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。
步进电机常用升降速控制方法说明
步进电机常用升降速控制方法说明步进电机常用的升降频控制方法有两种：直线升降频和指数曲线升降频。
指数曲线法具有较强的跟踪能力，但当速度变化较大时平衡性差。
直线法平稳性好，适用于速度变化较大的快速定位方式。
以恒定的加速度升降，规律简练，用软件实现比较简单。
步进电机驱动执行机构从一个位置向另一个位置移动时，要经历升速、恒速和减速过程。
当信浓步进电机的运行频率低于其本身起动频率时，可以用运行频率直接起动并以此频率运行，需要停止时，可从运行频率直接降到零速。
当步进电机运行频率fbfa（有载起动时的起动频率）时，若直接用fb频率起动会造成步进电机失步甚至堵转。
同样在fb频率下突然停止时，由于惯性作用，步进电机会发生过冲，影响定位精度。
如果非常缓慢的升降速，信浓步进电机虽然不会产生失步和过冲现象，但影响了执行机构的工作效率。
所以对信浓步进电机加减速要保证在不失步和过冲前提下，用最快的速度（或最短的时间）移动到指定位置。
1。
步进电机控制系统设计
信息与电气工程学院课程设计说明书（2014 /2015 学年第 2 学期）课程名称：《单片机应用》课程设计题目：步进电机控制系统设计专学生姓名：学号：指导教师：设计周数： 2 周设计成绩：2015 年月日1系统分析及设计1.1 系统分析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。
在非超载的情况下，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，而不受负载变化的影响，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、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。
虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机、交流电机在常规下使用。
步进电机必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。
因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。
1.2 系统设计及设计方案设计要求：设计步进电机控制器硬件电路图，并使用相应的软件实现硬件和软件的仿真、调试。
实现功能如下：（1）控制步进电机实现正转和反转；设计方案：基于AT89C51单片机的步进电机控制及驱动电路设计。
整个系统可分为：AT89C51单片机系统控制器、驱动电路、按键输入模块及电源电路五大部分，本设计方案采用AT89C51单片机作为控制模块的核心，利用软件编程使单片机输出脉冲序列和方向控制信号，以此实现对步进电机启动停止、正反转的控制。
驱动电路部分由芯片L298N和必要的外围电路组成，单片机产生的信号经驱动电路使其功率放大，达到电机所需的驱动电压和电流由此驱动步进电机工作。
L298N电机驱动器使用说明书L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。
该芯片采用15脚封装。
主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；额定功率25W。
内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。
步进电机控制系统设计(个人制作)
目录第一章步进电机控制系统设计........................................................................... - 1 -1.1 设计目的................................................................................................... - 1 -1.2 设计任务................................................................................................... - 1 -1.3 设计要求................................................................................................... - 1 -1.3.1 基本功能......................................................................................... - 1 - 第二章系统方案设计和工作原理....................................................................... - 2 -2.1 系统方案设计........................................................................................... - 2 -2.2 工作原理................................................................................................... - 2 - 第三章硬件电路设计........................................................................................... - 4 -3.1 驱动电路的设计....................................................................................... - 4 -3.1.1 脉冲分配器..................................................................................... - 5 -3.1.2 功率驱动单元................................................................................. - 5 -3.2 显示电路和控制按键............................................................................... - 5 - 第四章软件设计流程........................................................................................... - 6 -4.1 主程序设计............................................................................................... - 6 -4.2 调速程序设计........................................................................................... - 6 -4.2.1 电机的启动/停止控制 ................................................................... - 6 -4.2.2 电机正反转控制............................................................................. - 6 -4.2.3 电机加减速控制............................................................................. - 7 - 第五章系统仿真、调试结果及性能分析........................................................... - 8 -5.1 系统仿真................................................................................................... - 8 -5.2 调试结果................................................................................................. - 11 -5.3 性能分析................................................................................................. - 11 - 第六章实验心得................................................................................................. - 12 - 参考文献................................................................................................................. - 13 - 附录1 系统完整原理图...................................................................................... - 14 - 附录2 源程序...................................................................................................... - 15 -摘要步进伺服是一种用脉冲信号进行控制，并将脉冲信号转换成相应的角位移的控制系统。
步进电动机升降速控制系统
（ ｈ ｎ ｈ ｉ ｉ ｔ ｇＵ ｉ ｒ ｔ，ｈ ｎｈ ｉ ０ ０ ０ Ｃ ｉａ Ｓ ａｇ ａ Ｊ ｏｏ ｎｖ ｓｙ Ｓ ａ ｇａ ２ ０ ３ ， ｈｎ ） ａ ｎ ｅｉ
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，。
单片机控制步进电机按S形曲线升降频设计_曹东杰
单片机控制步进电机按S 形曲线升降频设计*曹东杰,韩 峰,任云燕(北京理工大学机电工程学院,北京100081)[摘要]分析了步进电机升降频时发生失步、过冲的原因,提出了一种单片机控制的步进电机按S 形曲线升降频的方法。
该方法能有效提高定位系统定位的快速性和准确性且不必改变系统的硬件;同时可降低对步进电机功率的要求,降低系统功耗。
文中以一个二维角度定位系统为例介绍了该方法的应用实现,试验结果表明同一系统在采用S 形曲线升降频时的定位精度明显提高。
[关键词]步进电机;升降频;单片机;S 形曲线[中图分类号]TP 302 [文献标识码]BA Method to Accelerate or Decelerate the Speed of Step MotorControlled by Singlechip Following S CurveC AO Do ng -jie ,HAN Feng ,REN Yun -ya n(Schoo l o f M echatro nic Eng ineering ,Beijing Institute o f Techno lo g y,Beijing 100081,China )Abstract :This pa per analy sises the rea so n of lo sing step o r cra wling when step mo to r accele rate o r decelerate ,andint roduces a m etho d to accelera te o r decelera te the speed o f step mo to r co nt rolled by sing lechip following S curv e .O n the o ne hand ,the v elocity a nd the precisio n o f the system can be impro v ed ,o n the o ther hand ,the system 's har dw ar e needn 't to be cha ng ed and the po w er of the system can be lo we r while using this method.An a ng ular o rientatio n sy s-tem is intro duced in o rder to illumina te ho w to use this method.At last this paper g iv es the result o f the test in w hich to w differ ent methods are co mpa red .Key words :step mo tor;accele rate o r deceler ate speed;sing lechip;S curv e1 引 言图1 步进电机典型的矩频特性曲线要实现步进电机的快速准确定位就要保证电机在不失步和过冲的情况下起、停,并以最快的速度运行到指定的位置。
步进电机控制系统设计
INC AL
JZ MAIN1
CALL XIAN
MOV AL,[DI]
OUT DX,AL
CALL DLY
INC DI
DEC BL
JNZ SHSIF2
DEC CL
JNZ SHSIF0
JMP WAIT00
MAIN11:JMP MAIN1
;四相八拍正转
SIBAZH:
MOV AL,02H
MOV DX,MY8255_C
OUT DX,AL
CALL DLY
INC DI
DEC BL
JNZ SIBAF2
SIBAF0:MOV AH,0BH
INT 21H
INC AL
JZ MAIN11
LEA BX,TABLE1
MOV AL,CL
XLAT
MOV DX,MY8255_A
OUT DX,AL
SIBAF1:
MOV BL,08H
MOV DX,MY8255_B
LEA DI,TABBF
SIBAF2:CALL XIAN
MOV AL,[DI]
OUT DX,AL
CALL DLY
INC DI
DEC BL
JNZ FANSI2
DEC CL
JNZ FANSI0
JMP WAIT00
;中间跳转
SIBA0: JMP SIBAZH
SIBA1: JMP SIBAF
MAIN1: JMP MAIN
QUIT1: JMP QUIT
;双四拍正转
SHSIZH:
MOV AL,02H
3.2流程图- 6 -
4结束语- 6 -
1
步进电动机是一种将电脉冲信号转换相应的角位移的特种电动机。是工业过程控制及仪表中的主要控制元件之一。步进电动机具有快速起动能力，而且精度高，在数字控制系统中可以直接接受来自计算机的数字信号，不需要进行数/模转换，所以步进电动机在定位场合得到了广泛应用。
步进电机控制系统设计
步进电机控制系统设计 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】电气及自动化课程设计报告题目步进电机控制系统设计课程电机与拖动学生姓名：学生学号：年级： 2014级专业：自动化班级： 2班指导教师：机械与电气工程学院制2017年3月目录步进电机控制系统设计1设计的任务与要求课程设计的任务步进电机是用电脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的微电动机，它突出的优点是可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速，快速启停，正反转控制及制动等，并且用其组成的开环系统既简单、廉价，又非常可行，因此在打印机等办公自动化设备以及各种控制设备等众多领域有着极其广泛的应用。
随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求与日俱增，研制步进电机驱动器及其控制系统具有十分重要的意义。
课程设计的要求本次实验是基于单片机的控制系统设计，用汇编语言和C语言编写出电机正转、反转、调速、停止程序，通过单片机、电机的驱动芯片ULN2001以及相应的按键实现以上功能，并且步进电机的工作状态要用LCD液晶显示器显示出来。
本次课程设计介绍步进电机以及单片机工作原理、该系统的硬件电路、程序组成，同时对软、硬件进行了调试。
该设计具有思路明确、可靠性高、稳定性强等特点，通过调试实现了上述功能。
2 步进电机控制系统设计方案制定步进电机工作的原理步进电机的工作原理就是步进转动，其功能是将脉冲电信号变换为相应的角位移或者是直线位移，就是给一个脉冲信号，电动机转动一个角度或是前进一步。
步进电机的角位移量与脉冲数成正比，它的转速与脉冲频率（f）成正比，在非超载的情况下，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，而不受负载变化影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个歩距角。
步进电机不能直接接到交直流电源上工作，而必须使用专用设备——步进电机驱动器。
分析步进电机 完成控制系统的方案设计
分析步进电机完成控制系统的方案设计此文介绍了步进电机的控制原理，利用脉冲叠加原理，以Verilog HDL为实体设计输入，设计并实现了一套集成于FPGA内部的步进电机控制系统。
该系统可以控制步进电机实现定速、加速、减速，且速率和加速度都能做到连续可调等功能。
该方法具有设计简单灵活，体积小，系统稳定等优点，可用于办公自动化（Office Automation）、工厂自动化（Factory Automation）和计算机外部设备等场合。
步进电机又称脉冲电动机，由于其具有易于精确地控制机械的移动量的优点，步进电动机已经能与直流电动机、异步电动机、以及同步电动机并列，成为电动机的一种基本类型。
步进电动机在办公自动化（Office Automation）、工厂自动化（Factory Automation）和计算机外部设备等领域中广泛地使用。
步进电机控制系统的设计方法主要有模拟控制方式及数字控制方式，其中数字控制方式又可分为小规模数字电路控制电路、单片机控制电路以及专用逻辑电路等控制方式。
模拟控制方式的控制精度较低，抗干扰能力差，且不易用计算机控制。
因此现在步进电机控制系统的设计主要利用数字控制方式。
但是小规模数字电路控制电路的体积较大，单片机控制电路的系统稳定性不高，而专用逻辑电路的价格又偏高。
对此，本论文提出了应用灵活的硬件描述语言Verilog HDL，设计并实现了一套集成与FPGA 的高精度步进电机控制系统。
经过试验和测试，该控制系统可以控制步进电机实现定速、加速、减速，且速率和加减速度均连续可调等功能。
系统除了具有控制精度高和稳定性强等优点外，还具有体积小、简单灵活、且成本低廉等优点。
1．步进电机控制理论1.1 控制原理步进电机是由电脉冲信号控制的机电执行元件，其控制原理如图 1 所示。
由图1 可以看出，步进电机的总旋转角度与输入脉冲总数成正比，而步进电机的转速与每秒的输入脉冲数目（脉冲速率：Pulse rate）成正比。
步进电机控制系统设计
步进电机控制系统设计 Last revision date: 13 December 2020.电气及自动化课程设计报告题目步进电机控制系统设计课程电机与拖动学生姓名：学生学号：年级： 2014级专业：自动化班级： 2班指导教师：机械与电气工程学院制2017年3月目录步进电机控制系统设计1设计的任务与要求课程设计的任务步进电机是用电脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的微电动机，它突出的优点是可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速，快速启停，正反转控制及制动等，并且用其组成的开环系统既简单、廉价，又非常可行，因此在打印机等办公自动化设备以及各种控制设备等众多领域有着极其广泛的应用。
随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求与日俱增，研制步进电机驱动器及其控制系统具有十分重要的意义。
课程设计的要求本次实验是基于单片机的控制系统设计，用汇编语言和C语言编写出电机正转、反转、调速、停止程序，通过单片机、电机的驱动芯片ULN2001以及相应的按键实现以上功能，并且步进电机的工作状态要用LCD液晶显示器显示出来。
本次课程设计介绍步进电机以及单片机工作原理、该系统的硬件电路、程序组成，同时对软、硬件进行了调试。
该设计具有思路明确、可靠性高、稳定性强等特点，通过调试实现了上述功能。
2 步进电机控制系统设计方案制定步进电机工作的原理步进电机的工作原理就是步进转动，其功能是将脉冲电信号变换为相应的角位移或者是直线位移，就是给一个脉冲信号，电动机转动一个角度或是前进一步。
步进电机的角位移量与脉冲数成正比，它的转速与脉冲频率（f）成正比，在非超载的情况下，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，而不受负载变化影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个歩距角。
步进电机不能直接接到交直流电源上工作，而必须使用专用设备——步进电机驱动器。
典型的步进电机驱动系统是由步进电机控制器、步进电机驱动器和步进电机本体三部分组成，步进电机控制器发出步进脉冲和方向信号。
步进电机调速系统算法的设计
步进电机调速系统算法的设计一、输入端口：1.控制器的输入信号：控制器的输入信号来自外部控制台或者计算机主机，通过输入端口将控制信号输入到控制器中。
控制器的输入信号可以是速度设定值、位置设定值等，用于控制电机的运动参数。
2.步进电机的反馈信号：步进电机的反馈信号可以是旋转角度、速度等参数的反馈。
通过反馈信号，控制器可以实时监测步进电机的运动情况，根据反馈信号进行调节和控制，实现闭环控制。
二、输出端口：1.电机驱动信号的输出：控制器通过输出端口将调节后的电机驱动信号输出到步进电机驱动器，驱动器再将信号转换为符合步进电机工作要求的电流信号。
控制器根据实时的反馈信号和设定值，调整驱动信号的频率、幅度等参数，控制步进电机的运动。
2.其他监控信息的输出：三、调速模式选择：1.位置控制模式：在位置控制模式下，控制器根据设定值和反馈信号，控制步进电机的位置，使其能够按照设定的位置完成运动。
2.速度控制模式：在速度控制模式下，控制器根据设定值和反馈信号，控制步进电机的转速，使其能够按照设定的速度完成运动。
调速模式的选择可以根据实际应用需求进行设置，通过改变模式选择，可以实现不同调速要求的控制。
四、速度控制系数：控制器通过输出端口将设定的速度控制系数发送给驱动器，驱动器根据速度控制系数生成对应的驱动信号。
根据速度控制系数的不同，可以控制步进电机的转速在一定的范围内调整。
总结：步进电机调速系统算法的设计主要包括输入端口、输出端口、调速模式选择和速度控制系数等方面。
其中速度控制系数是算法中最关键的部分，通过调节速度控制系数，可以实现步进电机的调速功能。
同时，通过不同的调速模式选择，可以满足不同的应用需求。
步进电机调速系统的算法设计需要根据实际应用需求进行合理选择和调整，以保证步进电机能够稳定、准确地完成所需运动。
基于单片机的步进电机升降频控制毕业论文
基于单片机的步进电机升降频控制
摘要
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。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和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可 以作为一种控制用的特种电机，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控制。
§1.1 步进电机工作原理及分类.....................................................................3 §1.2 步进电机的各种指标术语.....................................................................4
由于步进电机是靠输入脉冲来控制其运转的，本文采用单片机来控制步 进电机。单片机将各种功能部件集成在一块芯片上，可靠性和抗干扰能力比 较强，其输出的高低电平易于实现对步进电机的控制。采用单片机控制既能 减少硬件开销，也克服了硬件设计中一些元器件不能灵活变动和容易变值的 缺点。
【豆丁精品】-步进电机升降频的优化算法
步进电机升降频的优化算法 刘 颖,等步进电机升降频的优化算法收稿日期:2009206211刘 颖,王志刚,王 红,张素伟(河北工业大学,天津 300401)摘 要:通过分析步进电机在升降频时发生失步、过冲等现象的原因,以及传统升降频曲线中存在的不足,结合步进电机的矩频特性提出了一种能保证电机在升降频阶段稳定工作的S形曲线升降频算法,并结合工程应用的特点对该算法进行了优化。
文中以船载仪表系统为例介绍了该优化算法的应用方法。
实验结果表明:该优化算法不仅提高了步进电机的运行稳定度,同时对电机的启动效率也有了很大改进。
目前该算法已成功应用于散货船的仪表系统中。
关键词:步进电机;升降频;S形曲线中图分类号:T M38316 文献标志码:A 文章编号:100126848(2010)0820093202An O ptim i za ti on A lgor ith m to Accelera te or D ecelera te Speed of Step M otorL IU Ying,WANG Zhi2gang,WANG Hong,ZHANG Su2wei(Hebei U n iversity of Technology,Tianjin300401,China)Abstract:The reas on of l osing step or overshooting when t o accelerate or decelerate and the deficiency of traditi onal accelerating or decelerating method were analyzed.According t o the analysis above,based on the characteristic of moment2frequency about step mot or,an algorith m t o accelerate or decelerate foll owing s curve was p r opounded.Mean while,the algorithm is op ti m ized according t o engineering p ractice.Taking instru ment syste m of vessels for exa mp le,an app licati on method of this algorith m was intr oduced.A s the test result p r oved,the degree of st op mot orπs stability is increased,and the start2up efficiency is i m p r oved. The alg orithm has been app lied in the instrument syste m of bulk freighter successfully now.Key W ords:Step mot or;Accelerate or decelerate s peed;S curve0 引 言在步进电机驱动器的设计中,步进电机的升降频设计是关键。
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基于单片机的步进电机升降频的控制系统的设计摘要步进电机作为自动控制系统中最重要的一种开环执行元件，其运行过程中的可靠性显得尤为重要。
这次设计主要通过设计调试步进电机的升降频曲线，使步进电机的运动顺畅精确。
不出现失步和堵转的情况。
单片机作为步进电机最理想的控制器，它具有控制方便，编程灵活的特点，可以根据不同电机及负载的特性设计适宜的升降过程。
设计要求设计出一合理的单片机控制步进电机的系统，能通过软件方面地改变升降曲线适应不同的电机及负载。
为了控制步进电机的升降频曲线，在设计中我们设计了单片机的升降频曲线，计算出了单片机的定时常数，以及在每一频率段所走的步数。
这样当步进电机在这一频率段走完步数时就自动升到下一频率段，实现步进电机的升频控制。
改变单片机的定时常数可以改变步进电机的运行频率，就可以对步进电机的升降频曲线进行调试，以适应此步进电机的特性曲线。
从而达到调试的目的，通过软件控制改变升降频曲线适应不同的电机和负载。
关键词：步进电机，升降频，单片机，步数STEP MOTOR BASED ON SINGLE CHIP FREQUENCYCONTROL SYSTERMABSTRACTStepper motor control system as the most important type of open-loop implementation of components, the reliability of its operation process is very important. The design of the main stepper motor through the design of debugging down the frequency curve, smooth precise stepping motor movement. Does not appear out of step and stall situation. As the ideal single chip stepper motor controller, it easy to control, flexible programming features, according to the characteristics of the different design of the motor and load the appropriate lifting process. A reasonable design requirements to design stepper motor microcontroller control system, through software, changing the lift curve to adapt to different motor and load. In order to control the movements of the stepper motor frequency curve, in the design of the movements of the microcontroller is designed frequency curve, calculated time constants of the microcontroller, and in each frequency band are taking steps. So that when the stepper motor has completed step in this frequency band automatically when the number rose to the next frequency band, the frequency rose to achieve control of the stepper motor. Change the time constant of the microcontroller can change the operating frequency of the stepper motor, stepper motor can rise and fall of the frequency curve for debugging, to accommodate this characteristic curve of the stepper motor. So as to achieve the purpose of debugging by software control to change the frequency curve to adapt to different movements of the motor and load.KEYWORDS: Step motor，Lifting frequency，Frequency，Steps目录前言 (1)第1章步进电机的基本知识介绍 (2)1.1 步进电机特点 (2)1.2 步进电机的相数 (2)1.3 步进电机的控制要求 (3)第2章步进电机的控制原理 (4)2.1 步进电机的相序控制 (4)2.2 步进电机的速度控制 (4)第3章步进电机的控制系统设计 (8)3.1 步进电机控制方案的确定 (8)3.2 控制系统的硬件电路图 (10)3.2.1 89C51单片机 (10)3.2.2 驱动电路 (11)3.2.3 开关控制电路 (12)3.2.4 拨码盘硬件电路设计 (13)3.2.5 晶振电路 (14)3.3 步进电机的软件设计流程图 (14)3.4 源程序清单 (18)结论 (26)谢辞 (28)参考文献 (29)外文资料翻译 (31)前言本次设计主要设计步进电机的升降频的控制，可以调试步进电机的升频和降频曲线，实现步进电机的最优控制。
从而减少了步进电机的升降频时间，提高了步进电机的运行效率，节约了电能。
步进电机作为自动控制系统中最常用的一种开环执行元件，其运行过程中的可靠性显得尤为重要。
它在启动和停止过程中要根据电机及相连装置的机械特性设计适宜的升降曲线，否则易出现失步和堵转，造成起动不利或位置控制不准确。
单片机作为步进电机最理想的控制器，它具有控制方便，编程灵活的特点，可以根据电机及负载的特性设计适宜的运行过程，使步进电机的运动顺畅无误。
课题要求设计出一合理的单片机控制步进电机的系统。
实现对步进电机升降频曲线的调试，使电机能正常的启动和停止而不出现失步和堵转的现。
步进电机最早是在1920年由英国人所开发。
1950年后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，这对于数字化的控制变得更为容易。
以后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解性能、高响应性、信赖性等灵活控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，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控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控制系统中。
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。
本设计应主要解决步进电机升降频的设计以及速度的控制设计。
首先我们从控制方式入手，硬件设计，编写软件流程，写电机控制程序。
第1章步进电机的基本知识介绍1.1 步进电机特点（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升高而下降。
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。
（4）步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。
步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。
在有负载的情况下，启动频率应更低。
如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。
1.2 步进电机的相数步进电机的相数是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。
电机的相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为0.9°/1.8°、三相的为0.75°/1.5°、五相的为0.36°/0.72°。
在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己的步距角的要求。
如果使用细分驱动器，则‘相数’将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。
图1- 1磁阻式步进电机的工作原理步进电机旋转一个步距角。
也就是说步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。
所以控制步进脉冲信号的频率，就可以对电机精确调速；控制步进脉冲的个数，就可以对电机精确定位。
1.3 步进电机的控制要求（1）当按升频键步进电机升频不能达到预定频率时，也就是出现失步或者堵转的情况下可以对程序进行修改，来调试步进电机的升频曲线。
（2）当步进电机降频时，如果在降频的过程中出现失步的情况也可以对步进电机的降频曲线进行调试，来使步进电机能够平滑的不时步地降到最低频率。
第2章步进电机的控制原理2.1 步进电机的相序控制三相步进电机的定子上有6个极，转子是4个均匀分布的齿，电机的转动是根据控制饶组与电源接通或开断的变化频率呈步进状态，其转向取决于通电相序.在本系统中，主要采用三相电机三相单双六拍：Ａ-ＡＢ-Ｂ-ＢＣ-Ｃ-ＣＡ-Ａ-……首先Ａ相通电，而后再接通Ｂ相绕组(这时Ａ相不断开)即ＡＢ两绕组同时通电；此后断开Ａ相绕组，B相单独通电，依此规律循环往复.这种方式需经过6个切换才能完成一个循环.单相三拍方式的每一拍步进角为3°，三相六拍的步进角则为 1.5°，因此，在三相六拍下，步进电机的运行反转平稳柔和，但在同样的运行角度与速度下，三相六拍驱动脉冲的频率需提高1倍，对驱动开关管的开关特性要求较高。
表2-1 步进电机相序控制表2.2 步进电机的速度控制步进电机运行频率的控制是通过改变定时器的定时常数来确定步进电机的运行频率的。