小功率电机
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
额定电压：5V～12V
额定电流:600mA以下
工作方式: 四相八拍
本课题对步进电动机的驱动控制方式进行应用性研究，做出适合步进电动机运行特性的驱动控制方式及电路，利用模拟电子电路驱动模块实现对两相混合式步进电动机的闭环控制，通过键盘输入步进电动机的速度，且利用LCD实现实时转速显示。这对提高四相步进电动机系统的性能，推动步进电动机的广泛应用，发展新一代高性能步进电动机控制系统，不仅具有较高的现实意义，而且具有一定的经济价值。
1.3研究内容
随着步进电动机系统在各种数字控制系统中的广泛应用，各种数字控制系统随步进电动机性能和使用条件的要求也越来越高。这就要求不断研制出高性能高可靠性高集成化低价位的驱动器和低成本的单片机控制满足需求。本课题以四相步进电机为代表作为研究对象，以先进的驱动技术为研究目的，开发高性能，高可靠性的驱动器，与四相步进电动机合理搭配使用，其技术指标如下:
在应用设计过程中，用户大都无需制作各种附加装置。PLC生产厂家为满足工业控制需求，CPU、电源、I/O等构成了PLC的主要组成部件，其结构大都按模块化设计，各模块之间主要通过机架和电缆连接，用户可以按照系统规模和功能自行组合模块，简单灵活，方便实用。另外，PLC的I/O接口模块十分丰富、编程方法简单多样，安装容易、维修方便。
单片机从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，其处理对象不是字或字节，而是位。它不仅能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理，如传送、置位、清零、测试等，还能进行位的逻辑运算，功能十分完备。在单片机片内RAM区间还特别开辟了一个双重功能的地址区间（16个字节，单元地址为20H～2FH），它既可以作为字节处理，也可以作位处理（约128个位，位地址为00H～7FH）,使用极为灵活。这一功能无疑给使用者提供了极大的方便。
2.1.1基于PLC的控制方案
PLC，其研制基础是继电器控制以及计算机控制，作为新型的工业自动控制装置，其核心是微处理器，将自动化、计算机、通讯等技术于一体，具有安全可靠、环境适应能力强、编写程序简单方便等诸多优点，目前已在工业自动化领域广泛应用。
PLC 的I/O接口电路全部使用的是光电隔离，进而实现了现场外电路同内电路之间的电气隔离；RC滤波器的全面使用，缩短了滤波时间，通常仅需10～20ms；屏蔽措施的广泛应用，有效避免了辐射干扰；开关电源具有良好的自诊断功能，性能优良，如果遇到电源故障或者软硬件问题，CPU可以立即进行分析处理；其使用的编程语言简单而方便，信息保护和恢复功能易于实现；警戒时钟WDT的应用给用户带来很大方便；能够实现程序备份功能以及动态数据电池的后备功能。这些措施保证了PLC具有较高的可靠性。
1.引 言
1.1研究的意义和目的
步进电动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，它最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，快速起停、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装置等众多领域有着极其广泛的应用。同时，步进电机在工业控制生产以及仪器上应用十分广泛。通常都要对一些机械部件平移和转动，对移动的位移和角度控制要求较高，一般的电机很难实现对位置和角度的精确控制，在一些智能化要求较高的场合，用模拟芯片控制器及信号发生器来控制有一定局限性。而用数字控制步进电机可以改善性能，步进电机能实现精确的角度和转数，具有良好的步进特性，在工控设备中得到了广泛的应用。而单片机具有芯片体积小，兼容性强，低电压地，低功耗等特点，使单片机成为驱动步进电机的最佳控制单元。所以单片机控制步进电机系统控制精度高，运行稳定，得以广泛运用。随着微电子和计算机技术的发展，步进电动机的需求量与日俱增，研制步进电机驱动器及其控制系统具有十分重要的意。
在国外，对于大功率的工业设备驱动，目前基本不使用大扭矩步进电动机，因为从驱动电路的成本、效率、噪音、加速度、系统惯量与最大扭矩比来比较，并不划算。从成本来看，加上电动机编码器整体技术，则其指标也将进一步提高。综合考虑还是用直流电动机。在一些少数高级的应用，就用空心转杯电机，交流电机等。在小功率的场合，还使用步进电机，例如一些工业器材，工业生产装备，打印机，复印件等。国外用许多现代的手段将步进电机排挤出驱动应用，除了前面提到的旋转编码器，在打印机领域，可以使用光电编码带或感应编码带配合直流电动机，实现闭环直线位移控制。
2.1.2基于单片机的控制方案
单片机，它在一个芯片上集成了中央处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM、EPROM、Flash ROM）定时器/计数器（Timer）和其他各种输入/输出（I/O）设备。其具有明显的特点：体积小、编程方便、功耗低、成本低。正是这些特点，使得单片机在新产品的开发、应用系统的研制、智能控制器的研究等创造了极其有利的硬件环境。
1.2国内外研究
步进电机起源于英国，而在我国，步进电机的研究及制造则追溯到上世纪五十年代后期，从五十年代后期到六十年代后期，主要是在高端设计及制造领域使用或开发少量产品。在当时，驱动电路所有半导体器件都是完全国产化，如全分立元器件构成的逻辑运算电路；电容耦合输入的计数器；触发器；环形分配器等。七十年代初期，步进电机的生产和研究都有所突破，除反映在驱动器设计方面的长足进步以外，对反应式步进电机本体的设计研究发展到一个较高的水平。从八十年代中期至今，由于步进电机精确模型做了大量研究工作，各种混合式步进电机及驱动器作为产品广泛利用。
在对产品设计过程中，单片机提供了具有在线编程（ISP）及在应用中编程（IAP）功能。其通过计算机Fra Baidu bibliotek并口或串口对程序进行下载编程。该单片机引出的编程线与I/O口线复用，不增加单片机引脚数量。ISP技术为单片机的开发、调试提供了方便，并单片机系统远程调试、升级成为现实。IAP技术科实现单片机在应用中的再编程，这为仪器仪表的智能化提供了重要的技术手段。
2.方案
2.1系统
对于步进电机控制系统而言，其核心为电机的控制器。对于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。
额定电流:600mA以下
工作方式: 四相八拍
本课题对步进电动机的驱动控制方式进行应用性研究，做出适合步进电动机运行特性的驱动控制方式及电路，利用模拟电子电路驱动模块实现对两相混合式步进电动机的闭环控制，通过键盘输入步进电动机的速度，且利用LCD实现实时转速显示。这对提高四相步进电动机系统的性能，推动步进电动机的广泛应用，发展新一代高性能步进电动机控制系统，不仅具有较高的现实意义，而且具有一定的经济价值。
1.3研究内容
随着步进电动机系统在各种数字控制系统中的广泛应用，各种数字控制系统随步进电动机性能和使用条件的要求也越来越高。这就要求不断研制出高性能高可靠性高集成化低价位的驱动器和低成本的单片机控制满足需求。本课题以四相步进电机为代表作为研究对象，以先进的驱动技术为研究目的，开发高性能，高可靠性的驱动器，与四相步进电动机合理搭配使用，其技术指标如下:
在应用设计过程中，用户大都无需制作各种附加装置。PLC生产厂家为满足工业控制需求，CPU、电源、I/O等构成了PLC的主要组成部件，其结构大都按模块化设计，各模块之间主要通过机架和电缆连接，用户可以按照系统规模和功能自行组合模块，简单灵活，方便实用。另外，PLC的I/O接口模块十分丰富、编程方法简单多样，安装容易、维修方便。
单片机从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，其处理对象不是字或字节，而是位。它不仅能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理，如传送、置位、清零、测试等，还能进行位的逻辑运算，功能十分完备。在单片机片内RAM区间还特别开辟了一个双重功能的地址区间（16个字节，单元地址为20H～2FH），它既可以作为字节处理，也可以作位处理（约128个位，位地址为00H～7FH）,使用极为灵活。这一功能无疑给使用者提供了极大的方便。
2.1.1基于PLC的控制方案
PLC，其研制基础是继电器控制以及计算机控制，作为新型的工业自动控制装置，其核心是微处理器，将自动化、计算机、通讯等技术于一体，具有安全可靠、环境适应能力强、编写程序简单方便等诸多优点，目前已在工业自动化领域广泛应用。
PLC 的I/O接口电路全部使用的是光电隔离，进而实现了现场外电路同内电路之间的电气隔离；RC滤波器的全面使用，缩短了滤波时间，通常仅需10～20ms；屏蔽措施的广泛应用，有效避免了辐射干扰；开关电源具有良好的自诊断功能，性能优良，如果遇到电源故障或者软硬件问题，CPU可以立即进行分析处理；其使用的编程语言简单而方便，信息保护和恢复功能易于实现；警戒时钟WDT的应用给用户带来很大方便；能够实现程序备份功能以及动态数据电池的后备功能。这些措施保证了PLC具有较高的可靠性。
1.引 言
1.1研究的意义和目的
步进电动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，它最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，快速起停、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装置等众多领域有着极其广泛的应用。同时，步进电机在工业控制生产以及仪器上应用十分广泛。通常都要对一些机械部件平移和转动，对移动的位移和角度控制要求较高，一般的电机很难实现对位置和角度的精确控制，在一些智能化要求较高的场合，用模拟芯片控制器及信号发生器来控制有一定局限性。而用数字控制步进电机可以改善性能，步进电机能实现精确的角度和转数，具有良好的步进特性，在工控设备中得到了广泛的应用。而单片机具有芯片体积小，兼容性强，低电压地，低功耗等特点，使单片机成为驱动步进电机的最佳控制单元。所以单片机控制步进电机系统控制精度高，运行稳定，得以广泛运用。随着微电子和计算机技术的发展，步进电动机的需求量与日俱增，研制步进电机驱动器及其控制系统具有十分重要的意。
在国外，对于大功率的工业设备驱动，目前基本不使用大扭矩步进电动机，因为从驱动电路的成本、效率、噪音、加速度、系统惯量与最大扭矩比来比较，并不划算。从成本来看，加上电动机编码器整体技术，则其指标也将进一步提高。综合考虑还是用直流电动机。在一些少数高级的应用，就用空心转杯电机，交流电机等。在小功率的场合，还使用步进电机，例如一些工业器材，工业生产装备，打印机，复印件等。国外用许多现代的手段将步进电机排挤出驱动应用，除了前面提到的旋转编码器，在打印机领域，可以使用光电编码带或感应编码带配合直流电动机，实现闭环直线位移控制。
2.1.2基于单片机的控制方案
单片机，它在一个芯片上集成了中央处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM、EPROM、Flash ROM）定时器/计数器（Timer）和其他各种输入/输出（I/O）设备。其具有明显的特点：体积小、编程方便、功耗低、成本低。正是这些特点，使得单片机在新产品的开发、应用系统的研制、智能控制器的研究等创造了极其有利的硬件环境。
1.2国内外研究
步进电机起源于英国，而在我国，步进电机的研究及制造则追溯到上世纪五十年代后期，从五十年代后期到六十年代后期，主要是在高端设计及制造领域使用或开发少量产品。在当时，驱动电路所有半导体器件都是完全国产化，如全分立元器件构成的逻辑运算电路；电容耦合输入的计数器；触发器；环形分配器等。七十年代初期，步进电机的生产和研究都有所突破，除反映在驱动器设计方面的长足进步以外，对反应式步进电机本体的设计研究发展到一个较高的水平。从八十年代中期至今，由于步进电机精确模型做了大量研究工作，各种混合式步进电机及驱动器作为产品广泛利用。
在对产品设计过程中，单片机提供了具有在线编程（ISP）及在应用中编程（IAP）功能。其通过计算机Fra Baidu bibliotek并口或串口对程序进行下载编程。该单片机引出的编程线与I/O口线复用，不增加单片机引脚数量。ISP技术为单片机的开发、调试提供了方便，并单片机系统远程调试、升级成为现实。IAP技术科实现单片机在应用中的再编程，这为仪器仪表的智能化提供了重要的技术手段。
2.方案
2.1系统
对于步进电机控制系统而言，其核心为电机的控制器。对于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。