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1、微机原理课程设计报告(步进电机控制)学院：电气工程学院一、课题内容和提示：编程提示：（1）步进电机驱动原理是通过对每相线圈中的电流的顺序切换来使电机做步进式旋转。调节输入脉冲的频率可改变步进电机的转速。（2）编写程序使步进电机按正转10圈，反转5圈，再正转10圈，再反转5圈的规律旋转。（3）调整延时参数，使步进电机的转动速度为每秒5转。报告要求：每秒5转对应的延时参数是多少？，这个数字与微机的速度有什么关系？为什么？二、设计思路：（1）前言：步进电机具有控制简便、定位准确等特点。随着科学技术的发展,在许多领域将得到广泛的应用。鉴
2、于传统的脉冲系统移植性不好,本文提出微机控制系统代替脉冲发生器和脉冲分配器,用软件的方法产生控制脉冲,通过软件编程可以任意设定步进电机的转速、旋转角度、转动次数和控制步进电机的运行状态。以简化控制电路,降低生产成本,提高系统的运行效率和灵活性。在此基础上提出了双三拍步进电机程序控制的硬件接口电路、程序流程图和汇编程序。步进电机是自动控制系统中常用的执行部件。步进电机的输入信号为脉冲电流,它能将输入的脉冲信号转换为阶跃型的角位移或直线位移,因而步进电机可看作是一个串行的数/模转换器。由于步进电机能够直接接受数字信号,而不需数/模转
3、换,所以使用微机控制步进电机显得非常方便。（2）步进电机优点:(1)通常不需要反馈就能对位置和速度进行控制;(2)位置误差不会积累;(3)与数组设备兼容,能够直接接收数字信号;(4)可以快速启停。（3）步进电机工作原理：以磁阻式步进电机为例,介绍一下步进电机的工作原理,下图是磁阻式步进电机工作原理的示意图。它的定子上有六个极,转子有四个极。定子磁极上绕有三组绕组,每组绕组由相互串联的两个线圈构成。一组绕组叫做一相。因此,下图所示的电机为三相步进电机。直流电源通过开关I、Ⅱ和Ⅲ,驱动电流流过绕在定子上的绕组。状态(1),开关I闭合
4、,A相通电。由于A相绕组受到激磁,空气隙里出现如箭头所示的磁场。A相上的两个定子磁极和两个转子齿对准,转子处于平衡状态。若再闭合开关R激励B相,如状态(2)所示,B相的定子磁极以同样的方式产生磁场。在磁力线的张力作用下,产生逆时针方向的转矩。于是,转子沿逆时针方向转过一个固定的角度,到达状态(3)。图中,转过的角度为15°。如果现在打开开关I,去掉A相的激磁,转子将再转15°,到达状态(4)。因此,转子的角位置可以用这种开关方式进行控制。若开关以某种时序转换,则转子就能以步进运动的方式连续旋转;若进一步使时序转换的速度可调,则平
5、均速度也能用这种开关方式进行控制。实际上,驱动步进电机的开关是晶体管,开关信号由数字集成电路或微机产生。通过前面的介绍可以看到,步进电机是一种把开关激励的变化变换成精确的转子位置增量运动的执行机构。（4）步进电机工作方式：4.1 步进电机的传动方式4.1.1 三相单三拍工作方式在这种工作方式下,A、B、C三相轮流通电,电流切换三次,磁场旋转一周,转子向前转过一个齿距角。因此这种通电方式叫做三相单三拍工作方式。这时步距角θb(度)为θb=360/mz(°)式中:m──定子相数;z──转子齿数4.1.2 三相六拍工作方式在这种工作方
6、式下,首先A相通电,转子齿与A相定子齿对齐。第二拍,A相继续通电,同时接通B相,A、B各自建立的磁场形成一个合成磁场,这时转子齿既不对准A相也不对准B相,而是对准A、B两极轴线的角等分线,使转子齿相对于A相定子齿转过1/6齿距,即1.5°。第三拍,A相切断,仅B相保持接通。这时,由B相建立的磁场与单三拍时B相通电的情况一样。依次类推,绕组以A—AB—B—BC—C—CA—A时序(或反时序)转换6次,磁场旋转一周,转子前进一个齿距,每次切换均使转子转动1.5°,故这种通电方式称为三相六柏工作方式。其步距角θb为:θb=360/2mz
7、=180/mz(°)4.1.3 双三拍工作方式这种工作方式每次都是有两相导通,两相绕组处在电压之下,以AB─BC─CA─AB(或反之)方式通电,故称为双三拍工作方式。以这种方式通电,转子齿所处的位置相当于六拍控制方式中去掉单三拍后的三个位置。它的步距角计算公式与单三拍时的公式相同。由上述分析可知,要使磁阻式步进电机具有工作能力,最起码的条件是定子极分度角不能被齿距角整除,且应满足下列方程:极分度角/齿距角=R+k·1m进一步化简得齿数z:z=q(mR+k)(2-3)式中:m──相数;q──每相的极数;k──≤(m-1)的正整数;
8、R──正整数,为0、1、2、3⋯。按选定的相数和不同的极数,由上式就可推算出转子齿数。因为三相双三拍步进电机不易失步，控制精度比较高,所以本文对三相双三拍步进电机进行控制,定子有三对磁极，运行时两相同时通电,循环带动转子转动。4.2 硬件接口电路传统的步进电机控
