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基于MSP430G2231实现的步进电机控制(张旭)

基于MSP430G2231实现的步进电机控制(张旭)
基于MSP430G2231实现的步进电机控制(张旭)

MSP430G2系列Launchpad开发板应用实例作品

基于MSP430G2231实现的步进电机控制

张旭

美国德州仪器半导体技术上海(有限)公司

西安电子科技大学MSP430单片机联合实验室

2011年12月

目录

第一章作品概述 (1)

第一节基本情况 (1)

第二节软硬件总体设计方案 (1)

第二章作品硬件系统设计 (3)

第一节MSP430G2系列Launchpad开发板组成及硬件资源情况介绍 (3)

第二节关键器件选型以及性能指标参数 (4)

第三节系统原理图和单元电路介绍 (6)

第四节PCB板与系统元器件清单 (9)

第五节PCB板设计要求和注意事项 (10)

第六节安装调试注意事项 (10)

第三章作品软件系统设计 (13)

第一节程序流程图介绍 (13)

第二节子程序介绍 (14)

第三节程序调试 (18)

第四章总结与思考 (21)

第一章作品概述

第一节基本情况

MSP430G2系列Launchpad是TI推出的一款低成本的开发平台。它适用于适用于TI 最新MSP430G2xx 系列产品,其基于USB 的集成型仿真器可提供为全系列MSP430G2xx 器件开发应用所必需的所有软、硬件。本作品选择MSP430G2231为Launchpad核心板的单片机,采用Launchpad核心板加底板的形式,实现了对步进电机的四相四拍和四相八拍控制,并实现了转动方向和转动速度的控制,并且用数码管显示转动方向和转动速度的百分比。

第二节软硬件总体设计方案

本作品选择MSP430G2231为Launchpad核心板的单片机,采用Launchpad

核心板加底板的形式,对步进电机进行控制。滑变,即滑动变阻器,用来控制电机的转速,本系统共有两个拨动按键,一个拨动按键用来选择步进电机的模式,如四相八拍或四相四拍,另一个拨动按键用来控制转动方向。数码管可用来显示模式和方向,以及转速的百分比。系统总体设计框图如下

图1.2.1 系统总体设计框图

在硬件设计时,只需设计外围电路,留出与Launchpad核心板的接口即可,既节约了设计时间,又节省了成本,而且无需额外购买仿真器,从而使设计成本

到达最低。

在软件设计方面,可充分利用G2系列单片机的各个功能模块,如时钟系统、TA定时器、ADC10模数转换器,看门狗,以及IO口中断等资源,设计出高效率、低功耗、结构紧凑而又功能强大的产品。

第二章作品硬件系统设计

第一节MSP430G2系列Launchpad开发板组成及硬件资源情况介绍MSP430G2系列Launchpad是TI推出的一款低成本的开发平台。它适用于适用于TI 最新MSP430G2xx 系列产品,其基于USB 的集成型仿真器可提供为全系列MSP430G2xx 器件开发应用所必需的所有软、硬件。LaunchPad 具有集成的DIP 目标插座,可支持多达20 个引脚,从而使MSP430 Value Line 器件能够简便地插入LaunchPad 电路板中。此外,其还可提供板上Flash 仿真工具,以直接连接至PC 轻松进行编程、调试和评估。LaunchPad 试验板还能够对eZ430-RF2500T 目标板、eZ430-Chronos 手表模块eZ430-F2012T/F2013T 目标板进行编程。此外,它还提供了从MSP430G2xx 器件到主机PC 或相连目标板的9600 波特UART 串行连接。其实物图如图2.1所示。

图2.1.1 MSP430G2系列Launchpad开发板实物图

MSP430G2系列Launchpad开发板硬件资源:

? USB 调试与编程接口无需驱动即可安装使用,且具备高达9600 波特的

UART 串行通信速度

? 支持所有采用PDIP14 或PDIP20 封装的MSP430G2xx 和MSP430F20xx 器件? 分别连接至绿光和红光LED 的两个通用数字I/O 引脚可提供视觉反馈

? 两个按钮可实现用户反馈和芯片复位

? 器件引脚可通过插座引出,既可以方便的用于调试,也可用来添加定制的扩展板

? 高质量的20 引脚DIP 插座,可轻松简便地插入目标器件或将其移除

第二节关键器件选型以及性能指标参数

一、步进电机

本作品选用的是常州市德利来电器有限公司生产的35BY48BH10型步进电机,其技术数据、接线图、外形图和实物图如下所示。

1.技术数据

2.接线图 & 外形图 & 实物图

图二.1接线图图二.2 外形图图二.3 实物图

二、L298N

作为电机驱动的核心器件,电机驱动芯片的选型对整个系统的可靠性和性能都起着至关重要的作用。本作品中选用了意法半导体ST生产的L298N电机驱动

芯片。其关键指标如下:

图2.2.1 L298N实物图

1.供电电压可高达46V,直流电流可达4A。完全满足步进电机的驱动要求。

2.低饱和电压。

3.过热保护。

4.逻辑0输入电压可达1.5V,可有效抑制噪声;逻辑1输入电压可低至2.3V,所以可以用430单片机直接驱动。

综上可见,L298N电机驱动芯片可以完全满足本作品的要求。

三、Max7219

由于IO引脚有限,所以采用串行方式控制数码管,数码管驱动芯片选择Max7219,它最多能驱动8位数码管,能独立完成刷新扫描而不需要单片机的参与,每位独立控制,内部有解码器,可选择解码和不解码两种方式,亮度可以通过数字或模拟方式控制。从各个方面来讲,它都是本例的最佳选择。

图2.2.1 Max7219实物图

第三节系统原理图和单元电路介绍

系统主要由单片机,电机驱动电路,控制电路,电源电路以及数码管显示电路组成,系统原理图如图2.3.1所示。

图2.3.1 系统原理图

下面是各个模块的具体介绍:

1.电机驱动模块

因为L298N逻辑1输入电压可低至2.3V,所以可以用430单片机直接驱动,IN1、IN2、IN3和IN4接到单片机管脚上。Vss接供电电压,Vs接输入逻辑电压,可接3.3V,本例为了走线方便,直接接5V。EN A和EN B接高电平,I SEN A、I SEN B通过一个小电阻接地,目的是限制负载电流过大,OUT1、OUT2、OUT3

和OUT4直接接步进电机,因为电机的感性器件,电流不能突变,所以接上8个二极管以保护电源。另外在Vss和Vs附近必须接一个100uF的电容,当这个大电容离器件太远时,必须在近处再接一个小电容。

图2.3.2 电机驱动模块

2.电机控制模块

如图所示,滑变用来控制电机的速度,Speed接到单片机的A7脚上,通过测量电压值,计算出恰当的延时时间,达到控制速度的目的。

转动方向和Mode用来改变电机的转向和模式,即选择四相四拍或四相八拍模式。

图2.3.3 电机驱动模块

3.数码管显示模块

由于IO引脚有限,所以采用串行方式控制数码管,数码管驱动芯片选择Max7219,它最多能驱动8位数码管,能独立完成刷新扫描而不需要单片机的参与,每位独立控制,内部有解码器,可选择解码和不解码两种方式,亮度可以通

过数字或模拟方式控制。从各个方面来讲,它都是本例的最佳选择。

图2.3.4 电平转换模块

图2.3.5 数码管驱动模块

图2.3.6 数码管

注意在使用时必须在该芯片附近接一个大电容,比如4.7uF。

由于它是5V逻辑电平,而MSP430是3.3V电平,所以用74HC573进行电平转换。

数码管用的是共阴极四位数码管,这是由驱动芯片Max7219决定的。

第四节PCB板与系统元器件清单

1.PCB板

图2.4.1 PCB板正面

图2.4.2 PCB板背面

2.系统元件清单如表2.4.1所示。

表2.4.1 元件清单

第五节PCB板设计要求和注意事项

由于是大功率器件,所以100uF电容必须离芯片越近越好,否则应再在L298N 附近加上一个小电容,此外二极管也必须离芯片输出引脚越近越好。Max7219的电容也应该离芯片越近越好。

第六节安装调试注意事项

由于是大功率器件,所以要加散热片,安装时就先焊散热片,再插入L298N,

用螺丝固定到散热片上后,再焊L298N的各个管脚。安装好的实验板、插上Laundrypad核心板后的实验板,以及连接上步进电机的实验板如下图所示。

图六.1 安装好的板子

图六.2插上Laundrypad核心板后的实验板

图六.3 连接上步进电机的实验板

第三章作品软件系统设计

第一节程序流程图介绍

本作品软件程序通过单片机P1.0、P1.1、P1.2和P1.3依次输出高或低产生一定的相序来驱动电机驱动芯片,进而驱动步进电机;而转向和模式是通过重复扫描相应按键,判断其相应的高低从而对电机的转向和模式进行控制。系统流程图如图3.1.1所示。

图3.1.1 系统流程图

通过AD对滑变的电压值的采样来决定转动速度的快慢,这部分是在AD中断中进行的。AD中断服务子程序如图3.1.2所示。

图3.1.2 中断服务子程序

程序流程说明:处理数据和显示转速百分比是放在主循环里的,但是为了逻辑上了连续,把它们放到后面和中断服务子程序一起介绍。

第二节子程序介绍

1.初始化函数

初始化函数用于设置系统的时钟、IO的配置,各个模块的配置,以及各个功能模块的初始化,只在系统初始化执行一遍,正面仅出几个重要的初始化函数的源代码,其余的读者可以自己根据需要编写:

(1)函数名:void Init_CLK();

输入输出变量:无

功能:时钟配置

(2)函数名:void Init_IO();

输入输出变量:无

功能:IO配置

(3)函数名:void ConfigI_ADC();

输入输出变量:无

功能:ADC配置

void ConfigI_ADC()

{

/* Configure ADC Channel 7 */

ADC10CTL1 = INCH_7 + ADC10DIV_3; // ADC10CLK/4

ADC10CTL0 = SREF_1 + ADC10SHT_3 + REFON + ADC10ON + ADC10IE;

__delay_cycles(100); // Wait for ADC Ref to settle }

(4)函数名:void ADC_Sample();

输入输出变量:无

功能:开始AD采样

void ADC_Sample()

{

ADC10CTL0 |= ENC + ADC10SC; // Sampling and conversion start }

(5)函数名:函数名:void Init_Max7219();

输入输出变量:无

功能:配置Max7219的工作模式

void Init_Max7219(void)

{

Write_Max7219(SHUT_DOWN,0x01); //开启正常工作模式(0xX1) Write_Max7219(DISPLAY_TEST,0x00); //选择工作模式(0xX0)

Write_Max7219(DECODE_MODE,0x00); //选用全译码模式

Write_Max7219(SCAN_LIMIT,0x03); //4只LED

Write_Max7219(INTENSITY,0x01); //设置初始亮度

}

2.功能子函数

功能子函数用来实现电机转速的控制,通过对按键的扫描实现电机模式和转

向的切换,电机的驱动,以及相关参数在数码管上的显示。

(1)函数名:void SpeedCtrl(void);

输入输出变量:无

功能:计算延时系数,进而控制转速

void SpeedCtrl()

{

SpeedPercent = ADC_Result*121>>10;

delay =50000L-SpeedPercent*500L;

// 数字后面的L声明这是一个长整型的数,不加的话系统会认为是一个整型数

}

(2)函数名:void Key();

输入输出变量:无

功能:按键扫描,判断电机的转向和模式

(3)函数名:void Moter_Driver();

输入输出变量:无

功能:电机驱动

void Moter_Driver()

{

char j;

if(SpeedPercent == 0) Step=8; // Stop the Moter

else

{

State+=Direction;

if((Mode==2) && (State<0))State=3;

else if((Mode==2) && (State>3))State=0;

else if(State<0)State=7;

else if(State>7)State=0;

Step = State * Mode;

}

for(j=0;j<8;j++) //加速曲线

{

STEP_ALL_OFF;

Delay(delay-delay>>j);

switch (Step)

{

case 0: STEP_A_ON;break;

case 1: STEP_A_ON;STEP_B_ON;

break;

case 2: STEP_B_ON; break;

case 3: STEP_B_ON;STEP_C_ON;

break;

case 4: STEP_C_ON; break;

case 5: STEP_C_ON;STEP_D_ON;

break;

case 6: STEP_D_ON; break;

case 7: STEP_D_ON;STEP_A_ON;

break;

case 8: STEP_ALL_OFF; break;

default: Step = State >>1;

}

Delay(delay>>j);

}

}

(4)函数名:void Display(char Num);

输入变量:待显示数

功能:显示一个二位数

void Display(char Num)

{

char Dgt1,Dgt2;

Dgt1 = Num/10;

Dgt2 = Num%10;

Write_Max7219(2,DigitTab[Dgt1]);

Write_Max7219(1,DigitTab[Dgt2]);

}

(5)函数名:void WOV(signed char Pace,signed char Mode);

输入变量:当前电机位置,模式(四拍、八拍)

功能:显示电机当前的位置和模式

3.中断服务子程序

本作品中只用到了AD中断,在中断中读取AD采样结果后退出,在主循环中进行数据处理,以达到控制转速的效果。AD中断服务子程序如下:

#pragma vector=ADC10_VECTOR

__interrupt void ADC10_ISR (void)

{

ADC_Result = ADC10MEM;

ADC_Sample(); //開始下一次採樣

}

第三节程序调试

1.在CCS下编写完程序后,执行编译(Build)

图3.3.1 编译、调试、下载窗口

2.编译通过,执行Debug

步进电机闭环控制系统方案

几种典型的步进电机闭环控制系统 工业大学 【摘要】系统阐述了步进电动机闭环控制系统的优点,给出了几种典型的闭环控制系统,并提出了步进电动机高精度定位系统的设计思想。 【叙词】步进电机闭环系统/高精度定位 l概述 步进电机是机电一体化产品中的关键元件之一,是一种性能良好的数字化执行元件。它能够将电的脉冲信号转换成相应的角位移,是一种离散型自动化执行元件。随着计算机控制系统的发展,步进电动机广泛应用于同步系统、直线及角位系统、点位系统、连续轨迹控制系统以及其它自动化系统中,是高科技发展的一个重要环节。 2步进电动机闭环系统与开环系统比较[1- 步进电机的主要优点之一是适于开环控制。在开环控制下,步进电动机受具有予定时间间隔的脉冲序列所控制,控制系统中无需反馈传感器和相应的电子线路。这种线路具有简单、费用低的特点,使步进电动机的开环控制系统得以广泛的应用。 但是,步进电机的开环控制无法避免步进电动机本身所固有的缺点,即共振、振荡、失步和难以实现高速。另一方面,开环控制的步进电动机系统的精度要高于分级是很困难的,其定位精度比较低。因此,在精度和稳定性标准要求比较高的系统中,就必须果用闭环控制系统。 步进电动机的闭环控制是采用位置反馈和(或)速度反馈来确定与转子位置相适应的相位转换,可大大改进步进电动机的性能。 在闭环控制的步进电机系统中,或可在具有给定精确度下跟踪和反馈时,扩大工作速度围,或可在给定速度下提高跟踪和定位精度,或可得到极限速度指标和极限精度指标。步进电动机的闭环控制性能与开环控制性能相比,具有如下优点: a.随着输出转矩的增加,二者的速度均以非线性形式下降,但是,闭环控制提高了矩频特性。 b.闭环控制下,输出功率/转矩曲线得以提高,原因是,闭环下,电机励磁转换是以转子位置信息为基础的,电流值决定于电机负载,因此,即使在低速度围,电流也能够充分转换成转矩。 c.闭环控制下,效率一转矩曲线提高。 d.采用闭环控制,可得到比开环控制更高的运行速度,更稳定、更光滑的转速。 e.利用闭环控制,步进电动机可自动地、有效地被加速和减速。 f.闭环控制相对开环控制在快速性方面提高的定量评价,可借助比较Ⅳ步通过某个路径间隔的时间得出: 式中n-步进电动机转换拍数(N>n) g.应用闭环驱动,效率可增到7.8倍,输出功率可增到3.3倍,速度可增到3.6倍。 闭环驱动的步进电机的性能在所有方面均优于开环驱动的步进电动机。步进电机闭环驱动具有步进电动机开环驱动和直流无刷伺服电机的优点。因此,在可靠性要求很高的位置控

步进电机工作和控制原理

步进电机工作和控制原理 一、综述 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在,加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的一种开环线性执行元件,具有无累积误差、成本低、控制简单特点。产品从相数上分有二、三、四、五相,从步距角上分有0.9°/1.8°、0.36°/0.72°,从规格上分有口42~φ130,从静力矩上分有 0.1N·M~40N·M。签于上述情况,我们决定以广泛的感应子式步进电机为例。叙述其基本工作原理。 二、感应子式步进电机工作原理 (一)反应式步进电机原理 由于反应式步进电机工作原理比较简单。下面先叙述三相反应式步进电机原理。 1、结构: 电机转子均匀分布着很多小齿,定子齿有三个励磁绕阻,其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。 0、1/3て、2/3て,(相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示),即A与齿1相对齐,B与齿2向右错开1/3て,C与齿3向右错开2/3て,A'与齿5相对齐,(A'就是A,齿5就是齿1)下面是定转子的展开图: 2、旋转: 如A相通电,B,C相不通电时,由于磁场作用,齿1与A对齐,(转子不受任何力以下均同)。 如B相通电,A,C相不通电时,齿2应与B对齐,此时转子向右移过1/3て,此时齿3与C偏移为1/3て,齿4与A偏移(て-1/3て)=2/3て。 如C相通电,A,B相不通电,齿3应与C对齐,此时转子又向右移过1/3て,此时齿4与A偏移为1/3て对齐。 如A相通电,B,C相不通电,齿4与A对齐,转子又向右移过1/3て

步进电机的速度控制

步进电机的速度控制 步进电机区别于其他控制用途电机的最大特点是,它可接受数字控制信号(电脉冲信号)并转化成与之相对应的角位移或直线位移,因而本身就是一个完成数字模拟转化的执行元件。而且它能进行开环位置控制,输入一个脉冲信号就得到一个规定的位置增量。这样的增量位置控制系统与传统的直流伺服系统相比,其成本明显降低,几乎不必进行系统调整。因此,步进电机广泛应用于数控机床、机器人、遥控、航天等领域,特别是微型计算机和微电子技术的发展,使步进电机获得更为广泛的应用。 步进电机的速度特性 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1所示。 图1 步进电机的速度曲线 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8253产生脉冲方波作为中断信号源,启动细分驱动电路中的固化程序以产生一定频率的脉冲,经功率放大后驱动步进电机运动。步进电机运动方向的改变及启动和停止均由计算机控制硬件控制电路实现。 图2 步进电机控制系统 软件和硬件结合起来一起进行控制,具有电路简单、控制方便等优点。在这种控制中,微机软件占用的存储单元少,程序开发不受定时限制。只要外部中断允许,微机就能在电机的每一步之间自由地执行其他任务,以实现多台步进电机的运动控制。 定时器初值的确定 步进电机的实时控制运用PC机,脉冲方波的产生采用8253定时器,其计数器0工作于方式0以产生脉冲方波,计数器 1工作于方式1起记数作用,8253计数器0的钟频由2MHz晶振提供。设计算机赋给8253计数器0的初值为D1,则产生的脉冲方波频率为f1=f0/D1,周期为T1=1/f1=D1/f0,D1=f0T1=f0/f1。其中,f1为启动频率,f0为晶振频率。步进电机升降速数学模型为使步进电机在运行中不出现失步现象,一般要求其最高运行频率应小于(或等于)步进响应频率fs。在该频率下,步进电机可以任意启动、停止或反转而不发生失步现象。步进电机升降速有两种驱动方式,即三角形与梯形驱动方式(见图1),而三角形驱动方式是梯形驱动的特例,因而我们只要研究梯形方式。电机的加速和减速是通过计算机不断地修改定时器初值来实现的。在电机加速阶段,从启动瞬时开始,每产生一个脉冲,定时器初值减小某一定值,则相应的脉冲周期减小,即脉冲频率增加;在减速阶段,定时器初值不断增加,

闭环步进电机

STEBRO-S convex CONVEX是韩国最大的伺服生产商。主要客户为三星、LG等韩国具代表性的企业。 CONVEX专注为客户提供高精度、高性价比的解决方案。 在韩国液晶、半导体设备上,其产品得到了广泛应用。 1、闭环步进系统特点: *闭环系统 STEBRO-S是闭环控制系统。安装在电机后面的编码器实时反馈电机转子位置,必要时进行位置补偿,是没有失步现象的伺服系统。 *无需增益调整 普通伺服系统为提高性能,必须进行增益调整。增益调整非常耗时,且跟据负载的不同,还可能会出现各种问题。 STEBRO-S充分利用了步进电机的特点,是无需增益调整的伺服系统。特别是普通伺服系统为之困扰的低刚性负载(例如:同步齿形带等),STEBRO-S是最佳选择。

*由负载情况决定的电流控制 STEBRO-S可以跟据负载情况调整电流,使发热量少,且可以提高效率。 *高速响应(高速定位) STEBRO-S对定位指令具有非常强的跟随性,因此定位时间非常短。在频繁启停的应用中,可显著缩短定位时间。 普通的伺服系统会在定位指令与定位响应之间产生延迟,因此,定位结束指令与定位完成之间需要一定时间,从而增加了整定时间,使定位时间变长。

*平稳、高定位精度 STEBRO-S采用高精度编码器,分辨率为10000ppr。 与以往的步进驱动不同,STEBRO-S采用32位DSP芯片做矢量控制及滤波功能,可以在低速下实现无抖动平稳旋转。 *无抖动 STEBRO-S采用步进电机特性,因此,电机停止时会完全静止,无普通伺服的微振动现象。在使用CCD 等高速检测设备中,STEBRO-S停止时不会产生振动,可充分发挥其性能。

步进电机的控制原理及其单片机控制实现

步进电机的控制原理及其单片机控制实现 一前言 步进电机可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。步进电机作为控制执行元件,是机电一体化的关键产品之一,广泛应用在各种自动化控制系统和精密机械等领域。随着微电子和计算机技术的发展,步进电机的需求量与日俱增,在各个国民经济领域都有应用。步进电机和普通电动机不同之处是步进电机接受脉冲信号的控制。现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机和单相式步进电机等。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。现阶段,反应式步进电机获得最多的应用。 步进电机和普通电机的区别主要在于其脉冲驱动的形式,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。不过步进电机在控制的精度、速度变化范围、低速性能方面都不如传统的闭环控制的直流伺服电动机。在精度不是需要特别高的场合就可以使用步进电机,步进电机可以发挥其结构简单、可靠性高和成本低的特点。使用恰当的时候,甚至可以和直流伺服电动机性能相媲美。 二 1.步进电机的控制原理 步进电机2个相邻磁极之间的夹角为60°。线圈绕过相对的2个磁极,构成一相(A-A′,B-B′,C-C′)。磁极上有5个均匀分布的矩形小齿,转子上没有绕组,而有40个小齿均匀分布在其圆周上,且相邻2个齿之间的夹角为9°当某组绕组通电时,相应的2个磁极就分别形成N-S极,产生磁场,并与转子形成磁路。如果这时定子的小齿与转子没有对齐,则在磁场的作用下转子将转动一定的角度,使转子齿与定子齿对齐,从而使步进电机向前“走”一步。 2. 步进电机的控制方式 如果通过单片机按顺序给绕组施加有序的脉冲电流,就可以控制电机的转动,从而实现数字→角度的转换。转动的角度大小与施加的脉冲数成正比,转动的速度与脉冲频率成正比,而转动方向则与脉冲的顺序有关。以三相步进电机为例,电流脉冲的施加共有3种方式。(1)单相三拍方式(按单相绕组施加电流脉冲):→A→B→C→正转;→A→C→B→反转。(2)双相三拍方式(按双相绕组施加电流脉冲):→AB→BC→CA→正转;→AC→CB→AB→反转。(3)三相六拍方式(单相绕组和双相绕组交替施加电流脉冲):→A→AB→B→BC→C→CA→正转;→A→AC→C→CB→B→BA→反转。单相三拍方式的每一拍步进角为3°,三相六拍的步进角则为1.5°,因此,在三相六拍下,步进电机的运行反转平稳柔和,但在同样的运行角度与速度下,三相六拍驱动脉冲的频率需提高1倍,对驱动开关管的开关特性要求较高。 3. 步进电机的驱动方式 步进电机常用的驱动方式是全电压驱动,即在电机移步与锁步时都加载额定电压。为了防止电机过流及改善驱动特性,需加限流电阻。由于步进电机锁步时,限流电阻要消耗掉大量的功率,故限流电阻要有较大的功率容量,并且开关管也要有较高的负载能力。步进电机的另一种驱动方式是高低压驱动,即在电机移步时,加额定或超过额定值的电压,以便在较大的电流驱动下,使电机快速移步;而在锁步时,则加低于额定值的电压,只让电机绕组流过锁步所需的电流值。这样,既可以减少限流电阻的功率消耗,又可以提高电机的运行速度,但这种驱动方式的电路要复杂一些。驱动脉冲的分配可以使用硬件方法,即用脉冲分配器实现。现在,脉冲分配器已经标准化、芯片化,市场上可以买到。但硬件方法结构复杂,成本也较高。步进电机控制(包括控制脉冲的产生和分配)也可以使用软件方法,即用单片机实现,下面给出具体的使用单片机以软件方式驱动步进电机的实现方法。 三步进电机的单片机控制 1. 双相三拍控制

步进电机控制器--说明书[1].答案

步进电机,伺服电机可编程控制器KH-01使用说明 一、系统特点 ●控制轴数:单轴; ●指令特点:任意可编程(可实现各种复杂运行:定位控制和非定位控制); ●最高输出频率:40KHz(特别适合控制细分驱动器); ●输出频率分辨率:1Hz; ●编程条数:99条; ●输入点:6个(光电隔离); ●输出点:3个(光电隔离); ●一次连续位移范围:—7999999~7999999; ●工作状态:自动运行状态,手动运行状态,程序编辑状态,参数设定状态; ●升降速曲线:2条(最优化); ●显示功能位数:8位数码管显示、手动/自动状态显示、运行/停止状态显示、步数/计数值/程序显示、编辑程序,参数显示、输入/输出状态显示、CP脉冲和方向显示; ●自动运行功能:可编辑,通过面板按键和加在端子的电平可控制自动运行的启动和停止; ●手动运行功能:可调整位置(手动的点动速度和点动步数可设定); ●参数设定功能:可设定起跳频率、升降速曲线、反向间隙、手动长度、手动速度、中断跳转行号和回零速度; ●程序编辑功能:可任意插入、删除可修改程序。具有跳转行号、数据判零、语句条数超长和超短的判断功能; ●回零点功能:可双向自动回到零点; ●编程指令:共14条指令; ●外操作功能:通过参数设定和编程,在(限位A)A操作和(限位B)B操作端子上加开关可执行外部中断操作; ●电源:AC220V(电源误差不大于±15%)。

一、前面板图 前面板图包括: 1、八位数码管显示 2、六路输入状态指示灯 3、三路输出状态指示灯 4、 CP脉冲信号指示灯

5、 CW方向电平指示灯 6、按键:共10个按键,且大部分按键为复合按键,他们在不同状态表示的功能不同,下面的说明中,我们只去取功能之一表示按键。 后面板图及信号说明: 后面板图为接线端子,包括: 1、方向、脉冲、+5V为步进电机驱动器控制线,此三端分别连至驱动器的相应端,其中: 脉冲————步进脉冲信号 方向————电机转向电平信号 +5V————前两路信号的公共阳端 CP、CW的状态分别对应面板上的指示灯 2、启动:启动程序自动运行,相当于面板上的启动键。 3、停止:暂停正在运行的程序,相当于面板上的停止键,再次启动后,程序继续运行。 4、 (限位A)A操作和(限位B)B操作是本控制器的一大特点:对于步进电机,我们一般进行定量定位控制,如控制电机以一定的速度运行一定的位移这种方式很容易解决,只需把速度量和位移量编程即可。但还有相当多的控制是不能事先定位的,例如控制步进电机从起始点开始朝一方向运行,直到碰到一行程开关后停止,当然再反向运行回到起始点。再例如要求步进电机在两个行程开关之间往复运行n次,等等。在这些操作中,我们事先并不知道步进电机的位移量的具体值,又应当如何编程呢?本控制器利用:“中断操作”,我们称之为“(限位A)A操作”和“(限位B)B操作”。以“(限位A)A操作”为例,工作流程为:当程序在运行时,如果“(限位A)A 操作”又信号输入,电机作降速停止,程序在此中断,程序记住了中断处的座标,程序跳转到“(限位A)A操作”入口地址所指定的程序处运行程序。 5、输入1和输入2通过开关量输入端。 6、输出1、输出2和输出3通过开关量输出端。 7、+24V、地—输入输出开关量外部电源,本电源为DC24V/0.2A,此电源由控制器内部隔离提供。 8、 ~220V控制器电源输入端。 输入信号和输出信号接口电路: 本控制器的“启动”、“停止”、“(限位A)A操作”、“(限位B)B操作”、“输入1”、“输入2”为输入信号,他们具有相同的输入接口电路。“输出1”、“输出2”、“输出3”称为输出信号。他们具有相同的输出接口电路。输入和输出电路都有光电隔离,以保证控制器的内部没有相互干扰,控制器内部工作电源(+5V)和外部工作电源(+24V)相互独立,并没有联系,这两组电源由控制器内部变压器的两个独立绕组提供。 开关量输入信号输出信号的状态,分别对应面板上的指示灯。对于输入量,输入低电平(开关闭合时)灯亮,反之灯灭;对于输出量,输出0时为低电平,指示灯灭,反之灯亮。 开关量输入电路:

基于单片机步进电机速度控制研究(正式版)

文件编号:TP-AR-L2541 In Terms Of Organization Management, It Is Necessary To Form A Certain Guiding And Planning Executable Plan, So As To Help Decision-Makers To Carry Out Better Production And Management From Multiple Perspectives. (示范文本) 编订:_______________ 审核:_______________ 单位:_______________ 基于单片机步进电机速 度控制研究(正式版)

基于单片机步进电机速度控制研究 (正式版) 使用注意:该安全管理资料可用在组织/机构/单位管理上,形成一定的具有指导性,规划性的可执行计划,从而实现多角度地帮助决策人员进行更好的生产与管理。材料内容可根据实际情况作相应修改,请在使用时认真阅读。 本文对步进机一个全面的介绍,再基于单片机对 步进电机的控制。本文采用硬件控制系统,通过单片 机MC9S12XS128与光电编码器对步进电机进行速度的 控制。最后对步进电机的速度曲线进行研究。 步进电机又称为脉冲电动机或者阶跃电动 机,作为执行元件,是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用于各种自动化控制系统之中,比如当今电子 钟表、工业机械手、包装机械和汽车制动元件的测试 中等。步进电机在未来应用前景会往更加小型化、从 圆形电动机往方形电动机和四相、五相往三相电动机

发展。而这便需要对步进电机的控制提出了更高的要求。 1.步进电机综合介绍 1.1.步进电机分类 步进电动机的种类很多,从广义上讲,步进电机的类型分为机械式、电磁式和组合式三大类型。按结构特点电磁式步进电机可分为反应式(VR)、永磁式(PM)和混合式(HB)三大类;按相数分则可分为单相、两相和多相三种。目前使用最为广泛的为反应式和混合式步进电机。 1.1.1.反应式步进电机 反应式步进电机的转子是由软磁材料制成的,转子中没有绕组。一般为三相,可实现大扭矩的输出,步进角一般为1.5度。它的结构简单,成本低,但噪音大。

步进电机闭环控制系统

步进电机闭环控制系统

几种典型的步进电机闭环控制系统 哈尔滨工业大学 【摘要】系统阐述了步进电动机闭环控制系统的优点,给出了几种典型的闭环控制系统,并提出了步进电动机高精度定位系统的设计思想。【叙词】步进电机闭环系统/高精度定位 l概述 步进电机是机电一体化产品中的关键元件之一,是一种性能良好的数字化执行元件。它能够将电的脉冲信号转换成相应的角位移,是一种离散型自动化执行元件。随着计算机控制系统的发展,步进电动机广泛应用于同步系统、直线及角位系统、点位系统、连续轨迹控制系统以及其它自动化系统中,是高科技发展的一个重要环节。 2步进电动机闭环系统与开环系统比较[1- 步进电机的主要优点之一是适于开环控制。在开环控制下,步进电动机受具有予定时间间隔的脉冲序列所控制,控制系统中无需反馈传感器和相应的电子线路。这种线路具有简单、费用低的特点,使步进电动机的开环控制系统得以广泛的应用。

c.闭环控制下,效率一转矩曲线提高。 d.采用闭环控制,可得到比开环控制更高的运行速度,更稳定、更光滑的转速。 e.利用闭环控制,步进电动机可自动地、有效地被加速和减速。 f.闭环控制相对开环控制在快速性方面提高的定量评价,可借助比较Ⅳ步内通过某个路径间隔的时间得出: 式中n-步进电动机转换拍数(N>n) g.应用闭环驱动,效率可增到7.8倍,输出功率可增到3.3倍,速度可增到3.6倍。 闭环驱动的步进电机的性能在所有方面均优于开环驱动的步进电动机。步进电机闭环驱动具有步进电动机开环驱动和直流无刷伺服电机的优点。因此,在可靠性要求很高的位置控制系统中,闭环控制的步进电动机将获得广泛应用。3编码器形式的步进电动机阕环控制系统步进电机的闭环控制最早是采用编码器的形式,图1是其原理示意图。初始状态,系统受一相或几相激磁而静止。开始工作后,先把目标位置送入减法计数器;然后,“起动”脉冲信号加到

步进电机的控制1

指导教师评定成绩: 审定成绩: 重庆邮电大学 自动化学院 自动控制原理课程设计报告 设计题目: 单位(二级学院):自动化学院 学生姓名: 专业:自动化 班级: 学号: 指导教师: 设计时间:2010 年 6 月 重庆邮电大学自动化学院制

目录 目录 (2) 一、设计题目 (3) 1题目内容 (3) 2实现目标 (3) 3设计要求 (3) 4 设计安排 (3) 二、设计报告正文 (3) 1步进电机的概论 (4) 2步进电机的驱动控制系统 (6) 3系统设计思路 (10) 4步进电机的控制电路 (13) 三、设计总结 (15) 四、参考文献 (16)

一、设计题目 1题目内容 基于51单片机的步进电机调速设计 2实现目标 1)具有与PC机串口通信的功能; 2)具有与数码管显示或者LED指示灯显示状态(数码管显示的速度并不代表电 机实际速度,只是一个感性的认识) 3设计要求 1)绘制原理图,PCB; 2)完成单片机所有代码编写; 3)设计PC机简易显示界面; 4设计安排 三个人一组,为期一周,小组成员合作,共同完成设计要求。 二、设计报告正文 摘要:步进电机是一种将电脉冲转换成相应角位移或者线位移的电磁机械装置。在非超载的情况下,电机的转速,停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角。它具有快速启停能力,在电机的负荷不超过它能提供的动态转矩时,可以通过输入脉冲来控制它在一瞬间的启动或者停止。由于其精确性以及其良好的性能在实际当中得到了广泛的应用。 本文首先介绍了步进电机的分类、技术指标、步进电机的工作原理以及步进电机

步进电机全闭环控制

半导体器件应用网 https://www.doczj.com/doc/16329271.html,/news/194498.html 步进电机全闭环控制 【大比特导读】步进电机由于体积精巧、价格低廉、运行稳定,在低端行业 应用广泛,步进电机运动控制实现全闭环,是工控行业的一大难题。 步进电机由于体积精巧、价格低廉、运行稳定,在低端行业应用广泛,步进电机运动控 制实现全闭环,是工控行业的一大难题。 主要问题有两个,原点的不确定性和失步,目前,采用高速光电开关作为步进系统的原点,这个误差在毫米级,所以在精确控制领域,是不能接受的。另外,为了提高运行精度, 步进系统的驱动采用多细分,有的大于16,假如用在往复运动过程中,误差大的惊人。已 经不能适应加工领域。 为此,提出步进电机全闭环控制系统,以适应目前运动控制领域的需求。 1、硬件连接 硬件连接加装编码器,根据细分要求,采用不同等级的解析度编码器进行实时反馈。 2、原点控制 根据编码器的Z信号,识别、计算坐标原点,同数控系统相同,精度可以达到2/编码器解 析度×4。 3、失步控制 根据编码器的反馈数据,实时调整输出脉冲,根据失步调整程度,采取相应办法。 下图是电路原理 4、电路原理描述

半导体器件应用网 电路采用超大规模电路FPGA,输入、输出可以达到兆级的相应频率,电源3.3V,利用2596 开关电源,将24V转为3.3V,方便实用。输入脉冲与反馈脉冲进行4倍频正交解码后计算,及时修正输出脉冲量和频率。 5、应用描述 本电路有两种模式,返回原点模式和运行模式。当原点使能开关置位时,进入原点模式,反之,进入运行模式。 在原点模式,以同步于输入脉冲的频率输出脉冲,当碰到原点开关后,降低输出脉冲频率,根据编码器的Z信号,识别、计算坐标原点。返回原点完成后,输出信号。此信号及其数据在不断电的情况下,永远保持。 在运行模式,以同步于输入脉冲的频率输出脉冲,同时计算反馈数据,假如出现误差,及时修正。另外,大惯量运行时,加减速设置不合理的情况下,可能会及时反向修正。 6、技术指标 (1)输入输出相应频率:≤1M; (2)脉冲同步时间误差:≤10ms;(主要延误在反向修正,不考虑反向修正,≤10us) (3)重定位电气精度:≥2/编码器解析度×4/马达解析度×细分) (4)重定位原点电气精度≥2/编码器解析度×4/马达解析度×细分) (5)适应PNP,NPN接口 (6)适应伺服脉冲控制 (7)适应各种编码其接口 步进电机运动控制一旦解决上述问题,增加数百元成本的情况下可以实现全闭环控制,毫不逊色于伺服系统。特别是其价格低廉、控制简单、寿命长久的特点在某些场合,可能优于伺服系统。

步进电机的控制电路和程序

步进电机的控制电路和程序 先看一下我们将要使用的51单片机综合学习系统能完成哪些实验与产品开发工作:分别有流水灯,数码管显示,液晶显示,按键开关,蜂鸣器奏乐,继电器控制,IIC总线,SPI总线,PS/2实验,AD模数转换,光耦实验,串口通信,红外线遥控,无线遥控,温度传感,步进电机控制等等。 上图是我们将要使用的51单片机综合学习系统硬件平台,本期实验我们用到了综合系统主机、步进电机,综合系统其它功能模块原理与使用详见前几期《电子制作》杂志及后期连载教程介绍。 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”),它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机,利用其没有积累误差(精度为100%)的特点,广泛应用于各种开环控制。 步进电机分类与结构 现在比较常用的步进电机分为三种:反应式步进电机(VR)、永磁式步进电机(PM)、混合式步进电机(HB)。本章节以反应式步进电机为例,介绍其基本原理与应用方法。反应式步进电机可实现大转矩输出,步进角一般为1.5度。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。常用小型步进电机的实物如图1 所示。 图1步进电机实物图 图 2 步进电机内部图 步进电机现场应用驱动电路 综合系统使用的是小型步进电机,对电压和电流 要求不是很高,为了说明应用原理,故采用最简单 的驱动电路,目的在于验证步进电机的使用,在正 式工业控制中还需在此基础上改进。一般的驱动电 路可以用图3的形式。 图3 一般驱动电路 在实际应用中一般驱动路数不止一路,用上图的分立电路体积大,很多 场合用现成的集成电路作为多路驱动。常用的小型步进电机驱动电路可以用 ULN2003或ULN2803。本书配套实验板上用的是ULN2003。ULN2003是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品,具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点,适应于各类要求高速大功率驱动的系统。ULN2003A由7组达林顿晶体管阵列和相应的电阻网络以及钳位二极管网络构成,具有同时驱动7组负载的能力,为单片双极型大功率高速集成电路。ULN2003内部结构及等效电路图如图4:

XMTD-5000单轴步进电机控制器使用说明书

XMTD-5000 单轴步进电机控制器 使 用 说 明 书 郑州航模星光电自动化设备有限公司

目录 第一章概述 ............................................................................................................. 错误!未定义书签。 1.1 主要特点 .................................................................................................... 错误!未定义书签。 1.2 用户须知 ...................................................................................................... 错误!未定义书签。 1.3 技术参数 ...................................................................................................... 错误!未定义书签。第二章产品简介 .. (4) 2.1 外观与尺寸 (4) 2.2 型号与功能简介 (4) 第三章操作与参数 (5) 3.1 控制面板说明 (5) 3.2 按键操作 (5) 3.3 参数表及功能 (6) 3.4 显示状态与指示灯状态说明 (9) 第四章接线端子与接线方法 (10) 4.1 端子接线图 (10) 4.2 连接步进电机驱动器详细图 (10) 4.3 端子功能详细说明 (11) 第五章调试与运行 (11) 5.1 快速调试方式 (11) 5.2 运行测试 (12) 第六章使用实例 (13) 6.1 连续运行模式(自动换画面广告箱示例) (13) 6.2 单段运行模式(转盘分度头控制示例) (15) 6.3 触发段运行模式(丝杠送料控制示例) (16) 6.4 正反触发运行模式(两行程开关之间往返运动) (17) 第七章常见故障排除方法 (19) 7.1 常见故障问题解答 (19) 7.2 升降速设计简介 (19) 第八章售后服务 (20) 8.1 保修概要 (20)

单片机汇编语言步进电机转速控制系统

大连理工大学本科设计报告题目:步进电机转速控制系统设计 课程名称:单片机综合设计 学院(系):电子信息与电气工程学部 专业: 班级: 学号: 学生姓名: 成绩: 2013 年7 月20 日

题目:步进电机转速控制系统设计 1 设计要求 1)利用ZLG7290的键盘控制直流电机(或步进电机的转速、转向); 2)也可以利用ADC模块(与电位器配合),利用电位器控制转速; 3)利用ZLG7290的8位LED数码管显示电机转向、转速参数显示。 2 设计分析及系统方案设计 实验要求使用步进电机作为被控制对象,由ZLG7290做人机对话平台,利用单片机的P1(8位)和P3(部分口线)构造系统。实验最终实现功能、设计思路以及方案设计如以下几个小节所述。 2.1 系统设计实现功能 根据设计要求、现有设备以及知识储备,完成功能如下: ①由按键S1~S8实现转速切换,其中S1~S4正转,S5~S8反转 ②按键S16作为停止键,按下S10后步进电机停止转动,再按S1~S16步进电机按 照按键对应转速以及转向转动 ③按键S10作为复位键,当按下S10后,无论当前处于何种状态,系统恢复至初 始态 ④8为LED数码管显示当前步进电机转速(speed=0/1 1~4),转速前0表示正转, 1表示反转 ⑤若按下停止键,数码管显示当前转速;若按下复位键,数码管显示初始态speed=00 2.2 设计思路 本次的设计是LED显示与步进电机相结合以及若干功能键的组合的一种设计。根据之前学习的按键中断显示实验和定时器实验,使用INT0和INT1,INT0作为按键中断,INT1作为定时器。在主程序中实现LED初始显示、定时器计时初始、按键中断初始。INT0中断调用中断服务子程序实现对按键键值的判断,并根据相应的按键值实现对应步进电机的变化,并显示该按键对应的转速。INT1定时器中断根据INT0的按键键值,对定时器设定相应的初值,实现步进电机按规定的转速转动。对于按键停止,则是利用中断优先级,当INT0的中断优先级高时,系统进入中断,此时INT1停止计时,也就实现了步进电机的停止,当改变定时器与按键中断的优先级时,即把INT0设为低优先级,INT1设为高优先级,步进电机重新开始转动。此时添加一个对INT0位地址的查询,若有按键即正/反转的4档转速所对应的按键,步进电机开始重新转动。对于复位功能,则同样是利用按键键值的判断,在对应键值下控制电机初始化。

步进电机全闭环控制系统实现技巧

步进电机全闭环控制系统实现技巧 步进电机因体积精巧、价格低廉、运行稳定等优点在各大行业中得到广泛应用。虽然步进电机已被广泛地应用,但是步进电机运动控制实现全闭环控制仍是工控行业的一大难题。 问题主要体现是原点的不确定性和失步现象。目前,采用高速光电开关作为步进系统的原点,这个误差在毫米级,所以在精确控制领域,是不能接受的。另外,为了提高运行精度,步进电机系统的驱动采用多细分,有的大于16,假如用在往复运动过程中,误差大的惊人。已经不能适应加工领域。 为此,提出步进电机全闭环控制系统,以适应目前运动控制领域的需求。 1、硬件连接 硬件连接加装编码器,根据细分要求,采用不同等级的解析度编码器进行实时反馈。 2、原点控制 根据编码器的Z信号,识别、计算坐标原点,同数控系统相同,精度可以达到2/编码器解析度×4。 3、失步控制

根据编码器的反馈数据,实时调整输出脉冲,根据失步调整程度,采取相应办法。 4、电路原理描述 电路采用超大规模电路FPGA,输入、输出可以达到兆级的相应频率,电源3.3V,利用2596开关电源,将24V转为3.3V,方便实用。输入脉冲与反馈脉冲进行4倍频正交解码后计算,及时修正输出脉冲量和频率。 5、应用描述 本电路有两种模式,返回原点模式和运行模式。当原点使能开关置位时,进入原点模式,反之,进入运行模式。 在原点模式,以同步于输入脉冲的频率输出脉冲,当碰到原点开关后,降低输出脉冲频率,根据编码器的Z信号,识别、计算坐标原点。返回原点完成后,输出信号。此信号及其数据在不断电的情况下,永远保持。 在运行模式,以同步于输入脉冲的频率输出脉冲,同时计算反馈数据,假如出现误差,及时修正。另外,大惯量运行时,加减速设置不合理的情况下,可能会及时反向修正。 6、技术指标 (1)输入输出相应频率:≤1M; (2)脉冲同步时间误差:≤10ms;(主要延误在反向修正,不考虑反向修正,≤10us) (3)重定位电气精度:≥2/编码器解析度×4/马达解析度×

步进电机的原理,分类,细分原理

步进电机原理及使用说明 一、前言 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在,加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 虽然步进电机已被广泛地应用,但步进电机并不能象普通的直流电机,交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事,它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的一种开环线性执行元件,具有无累积误差、成本低、控制简单特点。产品从相数上分有二、三、四、五相,从步距角上分有0.9°/1.8°、0.36°/0.72°,从规格上分有口42~φ130,从静力矩上分有0.1N?M~40N?M。 签于上述情况,我们决定以广泛的感应子式步进电机为例。叙述其基本工作原理。望能对广大用户在选型、使用、及整机改进时有所帮助。 二、感应子式步进电机工作原理 (一)反应式步进电机原理 由于反应式步进电机工作原理比较简单。下面先叙述三相反应式步进电机原理。 1、结构: 电机转子均匀分布着很多小齿,定子齿有三个励磁绕阻,其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。 0、1/3て、2/3て,(相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示),即A与齿1相对齐,B与齿2向右错开1/3て,C与齿3向右错开2/3て,A…与齿5相对齐,(A…就是A,齿5就是齿1)下面是定转子的展开图: 2、旋转: 如A相通电,B,C相不通电时,由于磁场作用,齿1与A对齐,(转子不受任何力以下均同)。 如B相通电,A,C相不通电时,齿2应与B对齐,此时转子向右移过1/3て,此时齿3与C偏移为1/3て,齿4与A偏移(て-1/3て)=2/3て。 如C相通电,A,B相不通电,齿3应与C对齐,此时转子又向右移过1/3て,此时齿4与A偏移为1/3て对齐。 如A相通电,B,C相不通电,齿4与A对齐,转子又向右移过1/3て 这样经过A、B、C、A分别通电状态,齿4(即齿1前一齿)移到A相,电机转子向右转过一个齿距,如果不断地按A,B,C,A……通电,电机就每步(每脉冲)1/3て,向右旋转。如按A,C,B,A……通电,电机就反转。 由此可见:电机的位置和速度由导电次数(脉冲数)和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。 不过,出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用A-AB-B-BC-C-CA-A这种导电状态,这样将原来每步1/3て改变为1/6て。甚至于通过二相电流不同的组合,使其1/3て变为1/12て,1/24て,这就是电机细分驱动的基本理论依据。 不难推出:电机定子上有m相励磁绕阻,其轴线分别与转子齿轴线偏移1/m,2/m……(m-1)/m,1。

步进电机控制器说明手册

步进电机,伺服电机可编程控制器K H-01使用说明 一、系统特点 ●控制轴数:单轴; ●指令特点:任意可编程(可实现各种复杂运行:定位控制和非定位控制); ●最高输出频率:40KHz(特别适合控制细分驱动器); ●输出频率分辨率:1Hz; ●编程条数:99条; ●输入点:6个(光电隔离); ●输出点:3个(光电隔离); ●一次连续位移范围:—7999999~7999999; ●工作状态:自动运行状态,手动运行状态,程序编辑状态,参数设定状态; ●升降速曲线:2条(最优化); ●显示功能位数:8位数码管显示、手动/自动状态显示、运行/停止状态显示、步数/计数值/程序显示、编辑程序,参数显示、 输入/输出状态显示、CP脉冲和方向显示; ●自动运行功能:可编辑,通过面板按键和加在端子的电平可控制自动运行的启动和停止; ●手动运行功能:可调整位置(手动的点动速度和点动步数可设定); ●参数设定功能:可设定起跳频率、升降速曲线、反向间隙、手动长度、手动速度、中断跳转行号和回零速度; ●程序编辑功能:可任意插入、删除可修改程序。具有跳转行号、数据判零、语句条数超长和超短的判断功能; ●回零点功能:可双向自动回到零点; ●编程指令:共14条指令; ●外操作功能:通过参数设定和编程,在(限位A)A操作和(限位B)B操作端子上加开关可执行外部中断操作; ●电源:AC220V(电源误差不大于±15%)。 一、前面板图 前面板图包括: 1、八位数码管显示 2、六路输入状态指示灯 3、三路输出状态指示灯 4、CP脉冲信号指示灯 5、CW方向电平指示灯 6、按键:共10个按键,且大部分按键为复合按键,他们在不同状态表示的功能不同,下面的说明中,我们只去取功能之 一表示按键。 后面板图及信号说明: 后面板图为接线端子,包括: 1、方向、脉冲、+5V为步进电机驱动器控制线,此三端分别连至驱动器的相应端,其中: 脉冲————步进脉冲信号 方向————电机转向电平信号 +5V————前两路信号的公共阳端 CP、CW的状态分别对应面板上的指示灯 2、启动:启动程序自动运行,相当于面板上的启动键。 3、停止:暂停正在运行的程序,相当于面板上的停止键,再次启动后,程序继续运行。 4、(限位A)A操作和(限位B)B操作是本控制器的一大特点:对于步进电机,我们一般进行定量定位控制,如控制电机以一 定的速度运行一定的位移这种方式很容易解决,只需把速度量和位移量编程即可。但还有相当多的控制是不能事先定位的,例如控制步进电机从起始点开始朝一方向运行,直到碰到一行程开关后停止,当然再反向运行回到起始点。再例如要求步

步进电机控制速度的方法

步进电机只能够由数字信号控制运行的,当脉冲提供给驱动器时,在过于短的时间里,控制系统发出的脉冲数太多,也就是脉冲频率过高,将导致步进电机堵转。要解决这个问题,必须采用加减速的办法。就是说,在步进电机起步时,要给逐渐升高的脉冲频率,减速时的脉冲频率需要逐渐减低。这就是我们常说的“加减速”方法。 步进电机转速度是根据输入的脉冲信号的变化来改变的,从理论上讲,给驱动器一个脉冲,步进电机就旋转一个步距角(细分时为一个细分步距角)。实际上,如果脉冲信号变化太快,步进电机由于内部的反向电动势的阻尼作用,转子与定子之间的磁反应将跟随不上电信号的变化,将导致堵转和丢步。 所以步进电机在高速启动时,需要采用脉冲频率升速的方法,在停止时也要有降速过程,以保证实现步进电机精密定位控制。加速和减速的原理是一样的。以加速实例加以说明:加速过程是由基础频率(低于步进电机的直接起动最高频率)与跳变频率(逐渐加快的频率)组成加速曲线(降速过程反之)。跳变频率是指步进电机在基础频率上逐渐提高的频率,此频率不能太大,否则会产生堵转和丢步。 步电机系统解决方案

加减速曲线一般为指数曲线或经过修调的指数曲线,当然也可采用直线或正弦曲线等。使用单片机或者PLC,都能够实现加减速控制。对于不同负载、不同转速,需要选择合适的基础频率与跳变频率,才能够达到最佳控制效果。指数曲线,在软件编程中,先算好时间常数存贮在计算机存贮器内,工作时指向选取。通常,完成步进电机的加减速时间为300ms以上。如果使用过于短的加减速时间,对绝大多数步进电机来说,就会难以实现步进电机的高速旋转。 深圳市维科特机电有限公司成立于2005年,是步进电机产品的销售、系统集成和应用方案提供商。我们和全球产品性价比高的生产厂家合作,结合本公司专家团队多年的客户服务经验,给客户提供有市场竞争力的步进电机系统解决方案。我们的主要产品有信浓(SHINANO KENSHI)混合式步进电机、日本脉冲(NPM)永磁式步进电机、减速步进电机、带刹车步进电机、直线步进电机、空心轴步进电机、防水步进电机以及步进驱动器、减振垫、制振环、电机引线、拖链线、齿轮、同步轮、手轮等专业配套产品。我们还供应德国TRINAMIC驱动芯片和日本NPM运动控制芯片。根据客户配套需要,我们还可以 步电机系统解决方案

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