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1、北京化工大学2007级毕业生学位论文开题报告论文题目：步进电机调速系统软硬件设计系别：____机电学院__________专业方向：_____机械工程与自动化____班级：_______机械0701_________学生姓名：________曹嘉玮_________指导教师：_________何雪涛_________开题日期：2011年2月14日考核成绩审核小组成员以及职称姓名职称1.课题来源和论文名称课题来源：北京化工大学毕业设计自选课题课题名称:步进电机调速系统软硬件设计2.本课题主要研究内容步进电机是一种由电脉冲控制的特殊同步电动机
2、，它的作用是将脉冲电信号转换为相应的角位移或线位移。步进电机可以实现信号转变，可以运用在需要高定位精度、高分解能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中，因此步进电机是数字控制系统和自动控制系统中应用最广泛的执行元件，在数控机床、机器人控制、绘图仪、石英钟表等工业和生活场合都有应用。目前，步进电机最普遍的控制调速方法是利用可编程控制器（PLC）来实现的，其控制方法简单易懂，操作方便，可靠性高，应用范围十分广泛。在本课题研究过程中，将采用AT89C51型单片机内部的定时器改变CP脉冲的频率从而实现对步进电机的调速控制，实现步进电机调速功
3、能。3.选题背景文献综述：步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的电磁机械装置，是一种输出与输入数字脉冲对应的增量驱动元件，具有快速启动和停止的能力。当负荷不超过步进电机所提供的动态转矩值时，它就可能在一瞬间实现启动和停止。它的步矩角和转速不受电压波动和负载变化的影响，也不受环境条件（如温度、气压、冲击和振动等）的影响，仅与脉冲频率有关。它每转1周都有固定的步数，在不丢步的情况下运行，其步距误差不会长期积累。正是因为步进电机具备上述优点，它已经被广泛地用于自动控制系统中作为执行元件。步进电机在结构上是由定子和转子组成,可以对
4、旋转角度和转动速度进行高精度控制。当定子上绕组通电时,可产生激励磁场,并与转子形成回路。如果转子和定子之间的齿没有对齐,由于磁力线力图走磁阻最小的线路,从而带动转子旋转一角度,使转子的一对磁极磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子绕组矢量磁场旋转一个角度,转子也随着该磁场旋转一个角度。因此,控制电机转子旋转实际上就是以一定的规律控制定子绕组的电流来产生旋转的磁场。每来一个脉冲电压,转子就旋转一个步距角,称为一步。根据电压脉冲的分配方式,步进电机各相绕组的电流轮流切换,在供给连续脉冲时,就能一步一步地连续转动,从而使电机旋转。每转一周的步数相
5、同,在不丢步的情况下运行,其步距误差不会长期积累。常用的步进电机分为反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机和单相式步进电机等类型,不同的步进电机在控制方式上基本是一样的。其中反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成,定子上有多相励磁绕组,利用磁导的变化产生转矩。在实际应用中,反应式步进电机比较常用。本人在毕业设计时也将采用反应式步进电动机。在现今应用步进电机的领域，其驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。其基本原理作用如下：(1)控制换相顺序通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：三相步进电机的三拍工作方式，其各相通电顺序为A
6、-B-C-A,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A，B，C相的通断。(2)控制步进电机的转向如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。(3)控制步进电机的速度控制步进电机的运行速度，实际上是控制系统发出时钟脉冲的频率或换相的周期，有以下2种方法：1)采用软件延时，即调用软件延时子程序使CPU空运转，不进行任何操作，但需占用CPU的时间，效率较低；2）采用硬件定时器，通过设定时间常数装入定时器接口芯片进行定时，到达相应时间则进入中断子程序，不需占用CPU时间，效率较高。步进电机是一种输出与输入数字脉
7、冲对应的增量驱动元件，随着数字电子技术的发展应用会更加广泛，目前各个领域都在对步进电机的工作原理，控制系统和转速控制等方面进行研究，这个研究是一个无止境的工程，需要在产品开发实践中，不断积累经验，并与理论相结合，才能使步进电机的控制达到最佳的状态。4．拟解决的主要问题（1）控制方式的确定：比较各种步进电机控制方案的利弊，选择出最适合该课题的方案（2）驱动方式的确定：选择适当的步进电机、脉冲分配并挑选出合适的驱动电路（3）基本方案的确定：确定课题的主要研究方向、过程以及进度（4）硬件电路的设计：画出符合本课题的硬件图,学会使用Proteus
8、来画硬件图。（5）软件的设计：选择合适的语言和程序来编写控制电路的软件部分来达到预期目的5．论文设计方案简述本设计采用51单片机AT89C51（晶振频率为12MHZ）对国产20BY-0型步进电
