[计算机]步进电机程序

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1、摘要: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

2、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/模转换,所以使用微机控制步进电机显得非常方便。步进电机有以下优点:通常不需要反馈就能对位置和速度进行控制;位置误差不会积累;与数组设备兼容,能够直接接收数字信号;可以快速启停。步进电机的品种规格很多,按照它们的结构和工作原理可以划分为磁阻式(也称反应式或变磁阻式)电机、混合式电机、永磁式电机和特种电机等四种主要型式。步进电机不需位移传感器就可精确定位,所以在精确定位系统中应用广泛。目前打字机、计算机外部设备、数控机床、传真机等设备中都使用了步进电机。随着电子计算机技术的发展,步进电机必将发挥它的

3、控制方便、控制准确的特点,在工业控制等领域取得更为广泛的应用。1.步进电机的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,图1.1是磁阻式步进电机工作原理的示意图。图1.1　磁阻式步进电机的工作原理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,图1.1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,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

4、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

5、变化变换成精确的转子位置增量运动的执行机构。2.步进电机程序控制的设计2.1　步进电机的传动方式2.1.1　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　　(°)(2-1)式中:m──定子相数;z──转子齿数2.1.2　三相六拍工作方式在这种工作方式下,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

6、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=180/mz　　(°)(2-2)2.1.3　双三拍工作方式这种工作方式每次都是有两相导通,两相绕组处在相同电压之下,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

7、,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·1/m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;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

8、,循环带动转子转动。2.2　硬件接口电路传统的步进电