计算机控制系统步进电机实验报告曹健.doc

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1、步进控制实验报告姓名：健学号：200707201133专业班级：B07072011其他组员：林杉、卢维指导老师：章红2010年7月5日目录第一章步进电机工作原理简介1.1、步进电机工作原理简介1.2、四相步进电机的工作原理简介第二章步进电机系统具体设计过程与实现2.1系统设计2.1.1步进电机运动规律及速度控制方法2.1.2步进电机的速度特性2.1.3步进电机控制系统结构2.1.4步进电机起动及加/减速控制方案2.1.5步进电机的换向2.1.6定时器初值的确定2.1.7步进电机升降速数学模型2.2完成方式2.3实验过程第三章课程设计体会第四章参考资料第一章步进电机工作原

2、理简介1.1、步进电机工作原理简介：步进电机是一种能将电脉冲信号转换成机械角位移或线位移的执行元件，它实际上是一种单相或多相同步电机。电脉冲信号通过环形脉冲分配器，励磁绕组按照顺序轮流接通直流电源。由于励磁绕组在空间中按一定的规律排列，轮流和直流电源接通后，就会在空间形成一种阶跃变化的旋转磁场，使转子转过一定角度(称为步距角)，在正常运行情况下，电机转过的总角度与输入的脉冲数成正比；电机的转速与输入脉冲频率保持严格的对应关系,步进电机的旋转同时与相数、分配数、转子齿轮数有关；电机的运动方向由脉冲相序控制。因为步进电机不需要A/D转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移

3、，所以被认为是理想的数控执行元件。广泛应用于数控机床、打印绘图仪等数控设备中。1.2、四相步进电机的工作原理简介：该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。图1四相步进电机步进示意图开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，

4、1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c所示：图2.步进电机工作时序波形图第二章步进电机系统具体设计过程与实现2.1系统设计2．1.

5、1步进电机运动规律及速度控制方法步进电机和普通电机的区别主要就在于其脉冲驱动的形式，必须使用专用的步进电机驱动控制器。正是这个特点步进电机可以和现代的数字控制技术相结合。如图3所示，它一般有脉冲发生单元、脉冲分配单元、功率驱动单元保护和反馈单元组成。除功率驱动单元以外，其他部分越来越趋向用软件实现。图32.1.2步进电机的速度特性软件控制方法（并行控制）步进电机的转速取决于脉冲频率、转子齿数和拍数。其角速度与脉冲频率成正比，而且在时间上与脉冲同步。因而在转子齿数和运行拍数一定的情况下，只要控制脉冲频率即可获得所需速度。由于步进电机是借助它的同步转矩而启动的，为了不发生失

6、步，启动频率是不高的。特别是随着功率的增加，转子直径增大，惯量增大，启动频率和最高运行频率可能相差10倍之多。为了充分发挥电机的快速性能，通常使电机在低于启动频率下启动，然后逐步增加脉冲频率直到所希望的速度，所选择的变化速率要保证电机不发生失步，并尽量缩短启动加速时间。为了保证电机的定位精度，在停止以前必须使电机从最高速度逐步减小脉冲率降到能够停止的速度(等于或稍大于启动速度)。因此，步进电机拖动负载高速移动一定距离并精确定位时，一般来说都应包括“启动-加速-高速运行(匀速)-减速-停止”五个阶段，速度特性通常为梯形，如果移动的距离很短则为三角形速度特性，如图4所示。该

7、实验系统中的脉冲分配器由软件实现的，由数据采集卡中的DO1～DO4作为并行驱动驱动，驱动四相反应式步进电机。如电机以四相八拍方式工作，正转时相状态是：AABBBCCCDDDAA。图4步进电机的速度曲线2.1.3步进电机控制系统结构PC机在适当的时刻通过对硬件控制电路上的8253计数器0赋初值，设置好加减速过程的频率变化(即速度、加速度变化)，以防止失步。例如，在点位控制中设置好速度曲线图，在起动和升速时，使步进电机产生足够的转矩驱动负载，跟上规定的速度和加速度;在减速时，下降特性使负载不产生过冲，停止在规定的位置。硬件控制电路板上的825