基于单片机的步进电机高精度控制系统设计

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1、毕业设计（论文）开题报告学院信息工程学院专业班级自动0704班姓名学号20075081题目基于单片机的步进电机高精度控制系统设计题目类型工程型设计一、选题背景及依据（简述国内外研究现状、生产需求状况，说明选题目的、意义，列出主要参考文献）1.选题背景步进电动机是一种新型增量式电机，是数字控制系统的一种执行元件，是一种将数字脉冲信号转换成机械角位移或者线位移的数模转换元件。每当输入一个脉冲，它就相应的运行一步。步进电动机由此而得名。它的位移与输入脉冲信号相对应，步矩误差不长期积累，不需用电刷，电机本体部件少，易于启停、正反

2、转及变速。用步进电机作为驱动装置构成的控制系统，具有成本低，控制简单，维护容易等优点。步进电动机问世后，广泛地应用在等各个领域。做为机床控制、电子瞄准、工业自动化、办公自动化和机器人运动控制中应用的重要执行部件，显示岀广阔的发展前景。步进电动机有多种不同的结构。经过近七十多年的发展，逐渐形成以混合式和反应式为主的产品格局。混合式步进电动机是在同步电动机或者说是在永磁感应子式同步电动机的基础上发展起来的。既有反应式步进电动机基于气隙磁导变化的特征，又有轴向恒定磁场的永磁式步进电动机的特征。其综合了该两类步进电动机的特点，因

3、而性能更好，其具有分辨率高，控制功率小等优点，是应用最为广泛的步进电动机种类，至今没发现更合适取代它的产品。2.发展及现状步进电动机的机理是基于最基本的电磁铁作用，其原始模型起源于1830年至1860年间。1870年前后开始以控制为目的尝试，应用于氢弧灯的电极输送机构中，这被认为是最初的步进电动机。此后，在电话自动交换机中广泛使用了步进电动机。不久又在缺乏交流电源的船舶和飞机等独立系统中广泛使用。20世纪60年代后期，在步进电动机本体方面随着永磁材料的发展，各种实用性步进电动机应用而生，而半导体技术的发展则推进了步进电动

4、机在众多领域的应用。在近30年间，步进电动机迅速地发展并成熟起来。我国步进电动机的研究及制造起始于二十世纪50年代后期。从50年代后期到60年代后期，主要是高等院校和科研机构为研究一些装置而使用或开发少量产品。这些产品以多段结构三相反应式步进电动机为主。70年代初期，步进电动机的生产和研究有所突破。除反映在驱动器设计方面的长足进步外，对反应式步进电动机本体的设计研究也发展到了一个较高水平。70年代中期至80年代中期成为成品发展阶段，新品种高性能电动机不断被开发。自80年代中期以来，由于对步进电动机精确模型作了大量研究工作

5、，各种混合式步进电动机及驱动器作为产品广泛应用。国外步进电动机研究较早，对步进电机驱动技术的研究一直很活跃，如今正在研究开发以步进电动机为执行机构的高性能伺服系统。目前，这类电动机最大的生产国还是日本。日本有很多公司生产，像JAPANSERVO,SANYODENKI等。它们的产品无论是外观质量，内部性能指标，还是生产手段，都处于世界先进水平。在工业比较发达的国家,步进电动机及其驱动技术早已规模化生产，我国与之相比还有相当大的差距。虽然我国在该类电机的研制和生产上已形成一定规模，但生产规模较小，未形成商品化和系列化,仅处于

6、按用户要求研制定制阶段，与国外产品相比尚无竞争能力。步进电动机的使用性能与它的驱动电路有密切的关系，随着电力电子技术及微电子技术及其器件的发展，驱动器的面貌不断改变。特别是微步驱动技术的应用和成熟，使步进电动机的分辨率和特性与相数的关系不大，对步进电动机的设计，今后的发展会产生很大的影响，也提出了一系列新的研究课题和方向。步进电动机作为纯碎的数字控制电动机，它将电脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电动机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。近30年来，数字技术、计算机技术和永磁材料的迅速发展，推动了步进电动

7、机的发展，为步进电动机的应用开辟了广阔的前景。步进电动机的发展推动了控制技术的发展，尤显重要的是单片机控制技术。单片机介于工业控制计算机和可编程控制器之间，它有较强的控制功能和低廉的成本。人们在选择控制器时,常常是在先满足功能需要的同时，优先选择成本低的控制器。单片机往往成为优先选择的目标，单片机是目前卅界上使用量最大的微处理器。近年来国外单片机控制领域的研究很活跃，发展迅速，相继研究岀一些高性能的微步驱动器，对步进电动机进行单片机控制是步进电动机控制技术的发展趋势。用单片机来输出控制信号正是本课题的研究所在，为此本课题

8、提供了一种基于单片机控制的新方式。1.选题目的及意义1.本课题对步进电动机的驱动及其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，这对提高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2•在此次设计中将要用到