步进电机变频控制在航海罗经模拟器中的应用

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1、步进电机变频控制在航海罗经模拟器中的应用邓干铭I,江衍煩2Q.龙岩学院物理与机电工程学院福建龙岩364012;2.福建交通职业技术学院福建福州350007）摘要：针对航海罗经模拟器在偏转角度不同时需要不同的旋转速度，介绍了利用单片机控制步进电机的变频输出，进而实现控制罗经数据转盘具育不同的旋转速度。与传统的遮光盘控制相比,使用步进电机驱动控制的航海罗经模拟器具有控制精度高、响应速度快等优点。关键词：变频技术;步进电机;航海罗经模拟器；单片机中图分类号:TM383.6文献标识码:A文章编号：1673-4629（2008）06-0054-02收稿日期：？008

2、—06—301引言航海罗经模拟器是模拟在海上航行时指示方向的-•种航海技术专业的教学演示设备，它能根据船舶舵轮方向改变及时通过转盘旋转显示航行方向。舵轮方向偏转越人航海罗经模拟器指示农盘上显示航向偏转也越人。传统的航海罗经模拟器采用遮光盘控制，当罗经模拟器耍求转动的角度偏大时具冇控制误差大，响应滞后等缺点。本文提出的应用步进电机变频驱动控制的方法町以克服上述缺点。具有不同偏转角度时都貝冇良好的控制粘度与快速响应的特点。2步进电机的特点与设计步进电机是一种将电脉冲信号变换成相应角位移或立线位移的机电执行元件，每当输入一个点脉冲时，它便转过一个角度叫步距角0,

3、简称步距叭步进电动机具有如下特点：Q）步进电动机的角位移与输入脉冲数成正比，因此转动一周后，没有累计谋差，具有良好的跟随性。0）由步进电机与驱动电路纽成的开环数控系统，既非常简单、廉价，又非常可靠，同时也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统。g）步进电机的动态响应快，不但能瞬间起动与急速停止，而且可以正反转及变速。4）步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行，6）步进电机具有转矩大、惯性小、响应频率高等优点，与其他驱动元件相比，输出的转角或位移精度高，谋羌不会积累；控制系统结构简单，与数字设备兼容，价格便宜。它每转一周有固定步数，它可以根据控制脉冲精确地

4、控制每步转动角度【2】。为了便丁•数据的处理和驶动，设计了由步进电枇带动减速齿轮，再由齿轮帯动罗经数据转盘，为了提高数据精度和提高电机的负载能力，将减速比设计为1:90C匕值越小，精度越高，但是比值越小对响应频率要求就越高）。步进电机的通电方式可采用三相双六拍通电方式，即按照A、AB、B、BC、C、CA顺序循环通电，这样步进电机屮每个脉冲能驱动1.5度。三相双六拍通电的控制模型如表1。表1三和双六拍通电的控制模型节拍正转反转通电项控制模型二进制十六进制16A0000000101H25AB0000001103H34B0000001002H43BC000001

5、1006H52C0000010004H61CA0000010105H步进电机的驱动采用软件设置和功率放大电路来实现，其屮功率放大器也称为驱动电路，其作用是将脉冲发生器的输岀脉冲进行功率放大，给步进电机相绕组提供足够的电流，驱动步进电机正常工作。対功率放大器的要求包括：能提供足够的幅值；前后沿较陡的励磁电流；功耗小，效率高；运行稳定可靠，便于维修而且成本低。3定时器的选用、初值计算和设置本设计的功能是基于MCS-51系列单片机控制的三相步进电机系统。山单片机产生驱动脉冲信号，步进电机的驱动器收到驱动脉冲信号后，步进电机将会按照设定的方向转动一个固定的角度，将

6、脉冲转化为角位移。此处采用单片机的P1口来进行控制，因为P1是8位准双向I/O口，每一位可以独立地定义为输入或输出，既可以对P1口进行字节操作也可以进行位的操作。MCS-51系列单片机中有两个16位的可编程定时器/计数器，定时器/计数器CTO由计数器THO和TLO组成，CT1由TH1和TL1纽成,TH、TL分别为高8位计数器和低8位计数器，组合起来就可纽成16位计数器⑶。应J1JCTO产生1ms的定时，并使P1产牛2ms的方波，进而获得TL、TH的初值。设系统晶振频率为12MHz,则12M晶振的周期T=12/F（）SC=12/12X106=1X10"6）,

7、设定时初值为X,则有2,6-X）XlX10-6=10-3Q）解算得X=65036=FE0CH）；所以TL0初值设为0CH;TH0初值设为FEH,这样每秒能产生1000个方波。当改变初值X时，就能改变延吋时间，X值越小，延时时间就越长，脉冲宽度也越宽。因为模拟航海罗经的精度为一格即0」度），同时减速装置是1:90,所以电机每步应转动9度，又因为每个脉冲使电机转动1.5度，所以每步需要6个脉冲，因此步长要设置为6o按照表1得知若以A、AB、B、BC、C、CA、A循环，则控制脉冲为：01H,03H,02H,06H,04H,05H；编程时采用查表法来实现，肖先将步

8、进电机通电方式运行逻辑数据列成表格,存入计算机指定内存，并设置数据