基于proteus的步进电机闭环控制仿真论文

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1、基于PROTEUS的步进电机闭环控制仿真毕业论文目录1绪论11.1步进电机国内外研究现状11.2研究主要内容及其意义21.3步进电机的单片机控制优点32步进电动机的介绍52.1步进电动机的基本原理52.2步进电动机分类52.3步进电机的一些基本参数52.3.1电机的拍数52.3.2电机固有步进角62.3.3步进电机的相数62.4步进电机结构62.4.1步进电机的旋转72.5步进电动机的控制原理72.5.1换相顺序的控制82.5.2步进电动机的转向控制82.5.3步进电动机的速度控制82.5.4步进电动机的位置控制82.6步进电动机的特点93主要芯片介绍113.1

2、89S5l单片机简介113.1.1单片机的引脚功能113.1.2单片机的主要特性113.2L298简介123.2.1L298的原理123.2.2L298概述12V3.3光电开关144硬件设计154.1总体设计方框图154.2系统仿真图154.3步进电动机的控制方式选择164.4步进电动机的驱动方式选择174.5键盘电路设计174.5.1键盘原理图174.5.2键盘功能184.6显示电路184.7测速电路195软件设计215.1PID控制算法215.1.1位置式PID的控制算法215.1.2增量式PID的控制算法225.2主程序236实验结果及分析256.1测量转

3、速与实际转速比较256.2结论25总结27致谢29参考文献31附录A电路原理图（PROTEL）33附录B电路仿真图（PROTEUS）34附录C程序35VError!Notextofspecifiedstyleindocument.1绪论1.1步进电机国内外研究现状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。它是利用电脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的电动机。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，容易

4、维护等优点。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，显示出广阔的发展前景。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，因而性能更好。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。缺点是带惯

5、性负载能力差，低频振荡现象严重，高频运行时输出转矩下降。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。而在我国，步进电动机的研制最早始于1958年。经过五十年的发展，目前发展趋于平缓，与国外相比，反应式步进电动机还占大量比例，只是随着近年来大批进口设备大量涌入我国，而这些设备大多数采用了混合式步进电动机，混合式步进电

6、动机才为人们所熟悉。在国外，特别是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，仅处于按用户要求研制定制阶段，与国外产品相比尚无竞争能力。从步进电动机驱动技术发展历史来看，步进电动机的相数不同，有2相、3相、4相、5相、9相等。齿数也不同，使得产品规格品种繁多，生产格局复杂化，对用户选择不利。然而由于步进电动机和其它电机有着很大的差别，具有其它电机所没有的特性。因此，它仍然能根据市场的需求，沿着小型化、高效、低价的方向发展。41Erro

7、r!Notextofspecifiedstyleindocument.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。最初使用的末级功放元件是可控硅。可控硅虽然触发简单，但关断困难，总的来说线路较复杂、易形成误触发、可靠性也差；且不便于调试和维护、抗干扰能力不好。但随着大功率晶体管的发展目前一般不再采用末级功放元件来驱动控制步进电动机。目前，功率开关管多采用功率场控晶体管(MOSFET)和全控型器件(IGBT)。功率集成电路(PIC)将功率器件、前级驱动电路、控制电路及保护电路等都集成在一起，具有

8、较强的功能和较大的输出功