步进电机程序控制

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1、英才高职论坛2006年第1期(总第2期)TheForumofYingcaiHigherVocationalEducation2006No.1(SerialNo.2)3步进电机程序控制杨新军(山东英才职业技术学院机械制造及自动化工程学院,山东济南,250104)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

2、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。关键词:步进电机;单片机;硬件接口电路;汇编语言步进电机是自动控制系统中常用的执行部件。步进电状态(1),开关I闭合,A相通电。由于A相绕组受到激磁,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空气隙里出现如箭头所示的磁场。A相上的两个定子磁极跃型的角位移或直线位移,因而步进电机可看作是一个串行和两个转子齿对准,转子处于平衡状态。若再闭合开关R的数/模转换器。由于步进电机能够直接接受数字信号,而激励B相,如状态(2)所示,B相的定子磁极以同样的方式不需数/模转换

3、,所以使用微机控制步进电机显得非常方产生磁场。在磁力线的张力作用下,产生逆时针方向的转[1]便。矩。于是,转子沿逆时针方向转过一个固定的角度,到达状步进电机有以下优点:态(3)。图中,转过的角度为15°。如果现在打开开关I,去(1)通常不需要反馈就能对位置和速度进行控制;掉A相的激磁,转子将再转15°,到达状态(4)。因此,转子(2)位置误差不会积累;的角位置可以用这种开关方式进行控制。若开关以某种时(3)与数组设备兼容,能够直接接收数字信号;序转换,则转子就能以步进运动的方式连续旋转;若进一步(4)可以快速启停。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步

4、进电机的品种规格很多,按照它们的结构和工作原理行控制。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

5、子磁极上绕有实际上,驱动步进电机的开关是晶体管,开关信号由数三组绕组,每组绕组由相互串联的两个线圈构成。一组绕组字集成电路或微机产生。通过前面的介绍可以看到,步进电叫做一相。因此,图1.1所示的电机为三相步进电机。直流机是一种把开关激励的变化变换成精确的转子位置增量运[2][3]电源通过开关I、Ⅱ和Ⅲ,驱动电流流过绕在定子上的绕组。动的执行机构。3收稿日期:2005-10-21作者简介:杨新军(1977—),女,硕士,山东英才职业技术学院机械制造及自动化工程学院教师。52制中,步进电机的脉冲由硬件电路产生,如果系统发生变化2.步进电机程序控制的设计或使用不同类型的步进

6、电机,需重新设计硬件电路,系统的[4][5]2.1步进电机的传动方式可移植性不好。2.1.1三相单三拍工作方式用微机控制系统代替脉冲发生器和脉冲分配器,就可以在这种工作方式下,A、B、C三相轮流通电,电流切换三根据系统需要通过软件编程的方法任意设定步进电机的转次,磁场旋转一周,转子向前转过一个齿距角。因此这种通速、旋转角度、转动次数和控制步进电机的运行状态。这样电方式叫做三相单三拍工作方式。这时步距角θb(度)为可简化控制电路,降低生产成本,提高系统的运行效率和灵θb=360/mz(°)(2-1)活性。图2.1为单片机控制步进电机接口原理图。式中:m──定子相数;z─

7、─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,转子图2.1单片机控制步进电机接口电路原理图前进一个齿距,每次切换均使转子转动1.5°,故这种