开题报告;基于微机实验平台小型步进电机的控制

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1、三江学院毕业设计（论文）开题报告题　　目基于微机实验平台小型步进电机的控制学生姓名、学号专业电子信息工程指导教师姓名职称工程师一、背景意义：在电气时代的今天，电机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。传统电机作为机电能量转换装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。当传统电机的功能已不能满足工厂自动化和办公自动化等各种运动控制系统要求的时候，一系列具备控制功能的新型电机系统便诞生了。其中应用十分广泛的一类，便是步进电机。步进电机是工业程控及仪表中的主要控制组件之一。因步进电机具有快速启停、精确步进、可以直接接收数字量等特点，所以在很多场合都得到了广泛的应用。

2、特别在工业程控系统中，使用开环控制模式，微型计算机可以很容易控制步进电机的位置和速度，不需要使用位移传感器，这使得步进电机的应用更加广泛。学会使用微型计算机控制步进电机也就显得很重有必要了。二、文件综述：（一）、步进电机步进电机是伺服系统的执行元件。从原理上讲步进电机是一种低速同步电机，只是由于驱动器的作用，使之步进化、数字化[1]。1.1、步进电机分类按步进电机的运行方式可将步进电机分为：开环运行的步进电机、闭环自同步运行的步进电机。开环运行的步进电机能将数字脉冲输入转换为模拟量输出[1]。闭环自同步运行的步进电机系统是交流伺服系统的一个重要分支[1]。步进电机按结构分类：反应

3、式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）等[4][6]。1.2、步进电机的结构与工作方式：步进电机的结构并不特别复杂，我们可以以反应式步进电机的结构为例对步进电机的结构进行相应的了解。图2-1：反应式步进电机的结构图图2-1是一个三相反应式步进电机结构图。从图中可以看出，它分成转子和定子两部分。定子是由硅钢片叠成，有6个磁极（大极），每两个相对的磁极（N、S级）组成一对，共有3对。每对磁极都缠有统一绕组，也即形成一相，这样三对磁极有三个绕组，形成三相。可以得出四相步进电机有四对磁极、四个绕组；五相步进电机有五对磁极、五个绕组……依此类推[4][6]。现阶

4、段步进电机的工作方式主要分为整步方式和半步方式。以步进角1.8度四相混合式步进电机为例，在整步方式下，步进电机每接收一个脉冲，旋转1.8度，旋转一周，则需要200个脉冲，在半步方式下，步进电机每接收一个脉冲，旋转0.9度，旋转一周，则需要400个脉冲。1.3、步进电机的特点及应用因为步进电机的结构与其他类型电机相差很大，所以特点比较突出。步进电机的主要缺点有：控制不当容易产生共振；难以运转到较高的转速；难以获得较大的转矩；在体积重量方面没有优势，能源利用率低；超过负载时会破坏同步，高速工作时会发出振动和噪声。步进电机主要优点有:①步距值不受各种干扰因素的影响。如电压的大小、电流的

5、数值、波形及温度的变化等,相对来说都不影响步距值。也就是说,转子运动的速度主要取决于脉冲信号的频率,而转子运动的总位移量则取决于总的脉冲信号数。②误差不积累。步进电动机每走一步所转过的角度(实际步距值)与理论步距值之间总有一定的误差,从某一步到任何一步,也就是走任意步数以后,也总有一定的误差。但因每转一圈的累积误差为零,所以步距的误差不是积累的。③控制性能好。起动、转向及其他任何运行方式的改变,都在少数脉冲内完成。步进电机的缺点曾一度限制了步进电机甚至步进系统的发展。然而随着新材料、新技术的发展及电子技术和计算机的应用,步进电动机及驱动器的研制和发展进入了新阶段。过去,人们认为伺

6、服系统一定优于步进系统的观念也发生着很大的变化,现代的步进系统已完全不是过去的步进系统。定位驱动装置已经过“步进—直流伺服—交流伺服”,再度回到步进系统。步进系统的回归源自于其无需反馈就形成了开环控制系统,使系统结构大大简化、使用维护更加方便、工作可靠,在一般使用场合具有足够高的精度等特点。现在步进电机已经广泛应用在机械、治金、电力、纺织、电信、电子、仪表、化工、轻工、办公自动化设备、医疗、印刷以及航空航天、船舶、兵器、核工业等国防工业等领域。例如机械行业中,在数控机床上的应用,可以算是典型的例子。可以说步进电动机是经济型数控机床的核心。而由步进系统实现开环控制,使得改变加工对象

7、快捷、系统调试方便、工作可靠、成本较低的数控机床成为当前机床发展的主要方向之一。其它行业中应用实例有如:印刷机械、包装机械、梭织机、电脑绣花机、钟表、户外自动广告牌、自动移靶机、计算机外设、自动绘图仪、吸脂机等。（二）、实验平台：2.1、TPC-2003A实验系统特点该系统由一块PCI总线扩展卡和一个扩展实验台组成，PCI总线卡插在机箱内任一PCI插槽上，提供PCI-ISA总线的转换与驱动。PCI卡与实验台之间由一条50芯扁平电缆连接。实验台上包括通用实验电路和常用微机接口电路。