步进电动机控制系统研究开题报告毕业论文（设计）.doc

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1、表二南京航空航天大学工程硕士学位论文课题论证报告（请双面打印）学号：姓名：工程领域：研究方向：指导教师：表二课题名称：步进电动机控制系统研究课题来源:选题依据（包括国内外研宄情况分析，对W民经济和国防建设的价值，科技水平的估价等）：研宄目的：解决步进电动机的失步问题，在了解步进电动机的特点及工作原理的基础上，重点研究步进电动机的单片机控制技术。进电动机与一般电动机不同，它的角位移量或直线位移量正比于电脉冲数，而其线速度或转速则正比于脉冲频率。并且在负载能力范围内，不会因电源电压、负载、环境条件的波动而变化。另外，步进电动机还可以在宽广的范通过改变脉冲频率

2、来调速，能够快速起动、反转和制动，并且步进电动机还有一定的自锁功能。步进电动机的上述特点，使得由它和驱动控制器组成的开环数控系统，既具有较高的控制精度，良好的控制性能，又能稳定可靠的工作。这些优点使得步进电动机在庞大的电机家族中占有不可替代的位置。本文分析了混合式步进电动机的结构和工作原理，建立了混合式步进电动机非线性动态模型，给出了绕组的磁链方程、旋转电压方程、转子运动方程和传递函数的表达式。根据两相混合式步进电动机的驱动控制特点，本文采用了双极性驱动方式，通过脉冲分配合理控制绕纟11中的电流保证步进电动机A部合成磁场的幅值恒定，合成磁场的角度均幻，并

3、在此基础上设计了一种两相混合式步进电动机驱动器。该驱动器以单片机为控制核心，选驱动器件等构成驱动电路，论文从驱动技术方案、硬件电路、控制软件设计方而进行了详细地描述。在反馈检测电路设计时，采用光电编码器来进行步进电动机的转速。通过扩展键盘显示电路来显示电动机的转速和给定速度；另外利用语音芯片实现语音报速功能。最后对所设计的两相混合式步进电动机驱动器进行Y性能测试分析，结果表明：该驱动器达到丫系统设计前所提出的各项指标。系统运行安全、可靠、稳定。整个系统电路简单实用、性能优良、通用性强。设计原则适用于各种步进电动机，有一定的实用价值。研宄意义与重要性：随着

4、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來越高。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。众所周知，国A对这方而的研宄一直很活跃，但是可供选用的岛性能的步进电动机驱动器却很少，而且国内的驱动器方囬基本都存在着体积大、外形尺寸不规则、性能指标不稳定及远没有达到系列化等问题，这就给驱动器的选用和安装带来了极大的不便，另外，随着国内单片机技术的发展，更精度的步进电动机控制技术也得到很大的发展。国外虽然有通用的各种类型的步进电动机驱动器，但大都存在价格昂贵，与我国

5、的系统连接不匹配等问题。步进电动机不能直接接到交直流电源上工作，而必须使川专川的步进电动机驱动器；在驱动电源的设计方面目前采用更多的是由单片机提供脉冲驱动信号。步进电动机系统的性能，除与电动机A身的性能有关外，也在很大程度上取决于驱动器的性能。步进电动机在运行时，一般有以下问题：各相绕组都是开关工作，多数电动机绕组都是连续的交流或直流，而步进动机各相绕组都是脉冲式供电所以绕组电流不是连续的。电动机各相绕组都是绕在铁心上的线圈，所以都有较大的电感。绕组通电时，电流不能迅速上升至额定值，电流上升率受到限制，绕组断电时，应该电流截止的相不能立即截止。绕组导通和

6、截止都会产生较大的反电势，而截止吋反电势将对驱动级器件的安全产生有害的影响。电动机运转吋在各相绕组中产生旋转电势，这些电势的大小和方向将对绕组电流产生很大的影响。由于旋转电势基本上与电动机转速成正比，转速越商，电势越大，绕组电流越小，从而使电机输出转矩也随着转速升商而下降。步进电动机的同有分辨率不高，不能精密位移。以应用最广的8极50齿两相混合式步进电动机为例，其步距角为0.9V1.8%耑配合机械减速机构以达到所耑要的脉冲当量精度，但是，机械系统的增加也同时带來了一个误差源。步进电动机在低频运行时的振荡及过冲问题，严重限制了步进电动机的应用范围。对这个问

7、题的解决办法，除了改善负裁特性及附加机械阻尼外，还可以在驱动电源方面加以改善，如引入电磁阻尼、采用细分驱动等办法来解决。近代驱动技术的发展，使得电动机每转步数的设计可以不受相数的限制，课题以两相混合式步进电动机力代表作为研究对象，以先进的驱动技术力研究0的，开发高性能，高可靠性的驱动器，与两相混合式步进电动机合理搭配使用。鉴于上述原因，本课题对步进电动机的驱动电源及其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8098单片机实现对两相混合式步进电动机的闭环控制，通过键盘给入步进电动机的速度，且利用LED实现实时转速显示

8、。这对提高两相混合式步进电动机系统的性能，推动步进电动机的广泛应用，发展新一代商