步进电机的单脉冲控制、双脉冲控制、开环控制和闭环控制
步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。
虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机，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。步进电机作为执行元件，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中。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。
步进电机的单脉冲控制与双脉冲控制步进电机的控制有单电压和高低电压控制之分；
单电压控制用一串脉冲信号控制一个电子开关的通、断来控制电机驱动绕组得电、失电；高低电压控制在单电压控制的基础上，用另一串脉冲控制一个电子开关的通、半导通，两个开关串联，两个控制脉冲同频率但不同相位和宽度。达到给绕组的供电电压全、一半、迅速关断的目的。
步进电机的开环控制和闭环控制步进电机的开环控制
1、步进电机开环伺服系统的一般构成
步进电动机的电枢通断电次数和各相通电顺序决定了输出角位移和运动方向，控制脉冲分配频率可实现步进电动机的速度控制。因此，步进电机控制系统一般采用开环控制方式。图为开环步进电动机控制系统框图，系统主要由控制器、功率放大器、步进电动机等组成。
2、步进电机的控制器
1、步进电机的硬件控制
步进电动机在个脉冲的作用下，转过一个相应的步距角，因而只要控制一定的脉冲数，即
Hefei University 自动控制课程综述 开环与闭环系统 BACH ELOR DISSERTATION 论文题目：______________ 开环与闭环系统_____________________ 学科专业：____________ 自动化1班_______________________ 学生姓名：__________________ 姚辉___________________________ 导师姓名：__________________ 李秀娟__________________________
摘要： 所谓开环与闭环系统主要是对开环和闭环传递函数的研究。 所谓传递函数，只是反馈信号的数学公式/模型。传递函数零初始条件下线性系统响应（即输出）量的拉普拉斯变换（或z变换）与激励（即输入）量的拉普拉斯变换之比。记作G（s）＝Y（s）／U（s），其中Y（s）、U（s)分别为输出量和输入量的拉普拉斯变换。传递函数是描述线性系统动态特性的基本数学工具之一，经典控制理论的主要研究方法——频率响应法和根轨迹法——都是建立在传递函数的基础之上。而在经典控制理论中传递函数有两个重要且易混淆的内容即： Gk(s)=G(s)?H(s) 开环传递函数 Gb(s)=G(s)/1+G(s)?H(s) 闭环传递函数开环传函其实是闭环传函的一部分。开环和闭环的本质区别是：闭环控制系统的被控量要反馈回到给定信号端，与给定信号进行比较（一般为负反馈），而开环没有这一环节。 另外，还有半闭环控制系统，之所以叫半闭环是因为反馈回到给定输入信号的反馈量不是直接取自被控量，而是间接取到的。 关键字:自动控制原理、开环系统、闭环系统、传递函数、区别、联系 发展与前景： 自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。它的发展初期，是以开环与闭环理论为基础的自动调节原理，主要用于工业控制，二战期间为了设计和制造飞机及船用自动驾驶仪，火炮定位系统，雷达跟踪系统以及其他基于反馈原理的军用设备，进一步促进并完善了自动控制理论的发展。到战后，以形成完整的自动控制理论体系，这就是以传递函数为基础的经典控制理论，它主要研究单输入-单输出，线形定常数系统的分析和设计问题。 20世纪60年代初期，随着现代应用数学新成果的推出和电子计算机的应用，为适应宇航技术的发展，自动控制理论跨入了一个新阶段——现代控制理论。他主要研究具有高性能，高精度的多变量变参数的最优控制问题，主要采用的方法是以状态为基础的状态空间法。目前，自动控制理论还在继续发展，正向以控制论，信息论，仿生学为基础的智能控制理论深入。 为了实现各种复杂的控制任务，首先要将被控制对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机的总体，这就是自动控制系统。在自动控制系统中，被控对象的输出量即被控量是要求严格加以控制的物理量，它可以要求保持为某一恒定值，例如温度，压力或飞行航迹等；而控制装置则是对被控对象施加控制作用的机构的总体，它可以采用不同的原理和方式对被控对象进行控制，但最基本的一种是基于闭环控制的闭环反馈控制系统。 开环与闭环系统的应用(以数控机床为例)： 开环控制指调节系统不接受反馈的控制，只控制输出，不计后果的控制。又称为无反馈控制系统。
<<技能大赛自动线的安装与调试>>项目二等奖 心得二 心得二：步进电机的控制方法 我带队参加《2008年全国职业院校技能大赛自动线的安装与调试》项目，我院选手和其他院校的三位选手组成了天津代表队，我院选手所在队获得了《2008年全国职业院校技能大赛自动线的安装与调试》项目二等奖，为天津市代表队争得了荣誉，也为我院争得了荣誉。以下是我这个作为教练参加大赛的心得二：步进电机的控制方法 《2008年全国职业院校技能大赛自动线的安装与调试》项目的主要内容包括如气动控制技术、机械技术（机械传动、机械连接等）、传感器应用技术、PLC控制和组网、步进电机位置控制和变频器技术等。但其中最为重要的就是PLC方面的知识，而PLC中最重要就是组网和步进电机的位置控制。 一、 S7-200 PLC 的脉冲输出功能 1、概述 S7-200 有两个置PTO/PWM 发生器，用以建立高速脉冲串（PTO）或脉宽调节（PWM）信号波形。 当组态一个输出为PTO 操作时，生成一个50%占空比脉冲串用于步进电机或伺服电 机的速度和位置的开环控制。置PTO 功能提供了脉冲串输出，脉冲周期和数量可由用户控制。但应用程序必须通过PLC内置I/O 提供方向和限位控制。 为了简化用户应用程序中位控功能的使用，STEP7--Micro/WIN 提供的位控向导可以帮助您在几分钟内全部完成PWM，PTO 或位控模块的组态。向导可以生成位置指令，用户可以用这些指令在其应用程序中为速度和位置提供动态控制。 2、开环位控用于步进电机或伺服电机的基本信息 借助位控向导组态PTO 输出时，需要用户提供一些基本信息，逐项介绍如下： ⑴最大速度（MAX_SPEED）和启动/停止速度（SS_SPEED） 图1是这2 个概念的示意图。 MAX_SPEED 是允许的操作速度的最大值，它应在电机力矩能力的范围。驱动负载所需的力矩由摩擦力、惯性以及加速/减速时间决定。
开环控制系统与闭环控制系统方框图几例（仅供参考） 1.普通机械式电饭煲简单的工作过程如下：接通电源，拨动杠杆按钮，给出做饭指令，磁钢吸合，拉住与之相连的杠杆，杠杆拨动微动开关，微动开关在杠杆的按压下接通加热回路，磁钢铝壳帽与锅底接触，开始加热。当饭熟时（不再有水的沸腾），锅底温度升高，磁钢温度达到150℃时失去磁性，在弹簧力作用下，杠杆下移，微动开关恢复常态，结束加热状态。此时电源仍是接通状态，由于双金属片温控器的作用，电饭煲进入保温状态（70度以下），这就是电饭煲接通电源后即使不按键也能得到温水的原因。但不按下杠杆按键则煮不熟饭。 由上面的工作过程可知，普通电饭煲虽然简单，但其控制过程还是比较复杂的。其工作流程为：给出“做饭”指令——进入加热状态——判断是否达到150度，没有达到，继续加热，如果达到，则进入保温状态。从这个流程知道，电饭煲的控制，从总体上说，仍是一个开环控制。因为，输入一个“做饭”指令，输出的就是“做饭”状态。如果输入的是“温水”指令，则输出的状态就是“温水”状态。即输入量和输出量是一一对应的。但是，其局部环节还有反馈。其参考方块图如下： 3.宾馆、酒店的“自动叫醒服务系统”是一个开环控制系统。 参考框图如下： 4．家用缝纫机的缝纫速度控制系统
缝纫机“转速控制系统”的控制对象应该是“缝纫机”不应该是“机针”。对缝纫机来说，还有其它控制系统，如“针距控制系统”、“倒车控制系统”等，这些系统的控制对象都是缝纫机。参考框图如下： 注：有些学生会认为这个控制系统是一个闭环控制系统，理由是人可以不断调整缝纫的转速。其实这种理解是错误的。它不是闭环的原因是：第一，它输入的转速不是恒定的，没法与输出转速进行比较。第二，“人”作为操作者，对控制系统施加控制指令的行为，不能视为“人作为某个环节参与了控制系统”。 5.走道路灯的声光控制系统 声光自动控制白炽灯开关的基本工作原理如下：白天或夜晚光线较亮时，光控部分将开关自动关断，声控部分不起作用。当光线较暗时，光控部分将开关自动打开，负载电路的通断受控于声控部分。电路是否接通，取决于声音信号强度。当声强达到一定程度时，电路自动接通，点亮白炽灯，并开始延时，延时时间到，开关自动关断，等待下一次声音信号触发。这样，通过对环境声光信号的检测与处理，完成电路通断的自动开关控制。其声控部分的参考框图如下： 6．交通路口红绿灯自动控制（根据车流量大小改变红绿灯时间）系统 目前所用的交通路口的红绿灯控制系统一般都是按给定的时序来控制的，因此应该是开环控制系统，而不是闭环。对车流量因素的考虑，是在调查统计的基础上在设计给定时序时体现的。其参考框图如下： 当然有一点在注意，红绿灯的时间并不能完全靠车流量的多少来控制。对单个交叉口而言，当交通需求较小时，信号周期则应短一些，但一般不能少15秒，以免某一方向的绿灯时间小于15秒使车辆来不及通过路口影响交通安全；当交通需求较大时，信号周期则应长一些，但一般不能超过120秒，否则某一方向的红灯时间将超过60秒，驾驶员心理上不能忍受。当交通需求很小时，一般按最
开环与闭环控制 1.普通机械式电饭煲简单的工作过程如下：接通电源，拨动杠杆按钮，给出做饭指令，磁钢吸合，拉住与之相连的杠杆，杠杆拨动微动开关，微动开关在杠杆的按压下接通加热回路，磁钢铝壳帽与锅底接触，开始加热。当饭熟时（不再有水的沸腾），锅底温度升高，磁钢温度达到150℃时失去磁性，在弹簧力作用下，杠杆下移，微动开关恢复常态，结束加热状态。此时电源仍是接通状态，由于双金属片温控器的作用，电饭煲进入保温状态（70度以下），这就是电饭煲接通电源后即使不按键也能得到温水的原因。但不按下杠杆按键则 煮不熟饭。 由上面的工作过程可知，普通电饭煲虽然简单，但其控制过程还是比较复杂的。其工作流程为：给出“做饭”指令——进入加热状态——判断是否达到150度，没有达到，继续加热，如果达到，则进入保温状态。从这个流程知道，电饭煲的控制，从总体上说，仍是一个开环控制。因为，输入一个“做饭”指令，输出的就是“做饭”状态。如果输入的是“温水”指令，则输出的状态就是“温水”状态。即输入量和输出量是一一对应的。但是，其局部环节还有反馈。其参考方块图 如下：
3.宾馆、酒店的“自动叫醒服务系统”是一个开环控制系统。 参考框图如下： 4．家用缝纫机的缝纫速度控制系统 缝纫机“转速控制系统”的控制对象应该是“缝纫机”不应该是“机针”。对缝纫机来说，还有其它控制系统，如“针距控制系统”、“倒车控制系统”等，这些系统的控制对象都是缝纫机。参考框图如下： 注：有些学生会认为这个控制系统是一个闭环控制系统，理由是人可以不断调整缝纫的转速。其实这种理解是错误的。它不是闭
环的原因是：第一，它输入的转速不是恒定的，没法与输出转速进行比较。第二，“人”作为操作者，对控制系统施加控制指令的行为不能视为“人作为某个环节参与了控制系统”。 5.走道路灯的声光控制系统 声光自动控制白炽灯开关的基本工作原理如下：白天或夜晚光线较亮时，光控部分将开关自动关断，声控部分不起作用。当光线较暗时，光控部分将开关自动打开，负载电路的通断受控于声控部分。电路是否接通，取决于声音信号强度。当声强达到一定程度时，电路自动接通，点亮白炽灯，并开始延时，延时时间到，开关自动关断，等待下一次声音信号触发。这样，通过对环境声光信号的检测与处理，完成电路通断的自动开关控制。其声控部分的参考框图如下： 6．交通路口红绿灯自动控制（根据车流量大小改变红绿灯时间）系统 目前所用的交通路口的红绿灯控制系统一般都是按给定的时序来控制的，因此应该是开环控制系统，而不是闭环。对车流量因素的考虑，是在调查统计的基础上在设计给定时序时体现的。其参考框图如下：
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
课程设计说明书 课程设计名称：数字电路课程设计 课程设计题目：步进电机简单的控制电路 学院名称：南昌航空大学信息工程学院 专业：班级： 学号：姓名： 评分：教师： 2013 年 9 月 9 日 数字电路课程设计任务书 20 13－20 14 学年第 1 学期第 2 周－ 4 周
注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。 2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。
步进电机是一种原理为利用电子电路的电脉冲信号转变为角位移或线位移的感应电机。通过简单的数字电路来控制它的转速并可以利用数码管来计算其转动的圈数，便可以实现电机的正反向转动，并且在数码管上精确的显示出它转动的圈数，从而广泛应用于实际生活当中。其中涉及到计算机，数字电路，电机，机械，完成了简单的自动化控制流程，将所学知识应用于工程中，增加实践动手能力。 关键词：分频、时序控制、脉冲计数
前言 (1) 第一章设计内容及要求 (1) 第二章系统的组成及工作原理 (2) 第三章单元电路设计 (2) 3.1多谐振荡器 (2) 3.2 步进电机信号控制电路 (3) 3.3转速的测量及显示电路 (4) 第四章调试 (5) 4.1电路排板及制作 (5) 4.2电路的调试 (5) 第五章总结 (6) 附录1：设计原理图 (7) 附录2：PCB电路图 (8) 附录3: 元件清单 (9)
前言 步进电机最早出现于上世纪，源于资本主义的造船工业，是一种可以自由转动的电磁铁，其工作原理和如今的反应式电机差不多，是依靠磁导来产生电磁矩，从而实现转动。 到了80年代之后，微型计算机逐步的应用于工业与生活中，使得步进电机的控制更加的灵活多样，最主要的是利用分立元件或者小型的集成电路来控制，但是对元件的需求量很大，调试也很复杂，出现问题需要花大量的精力来调试，因此，通过计算机软件来控制步进电机是必然的趋势，以提高工作效率。 现在的步进电机主要是由数字电路组成，也是利用集成电路来控制电路，但是大大的提高了其精度，更好的满足工业发展的需要。目前用到最多的是混合式步进电机，并具有很好的发展前景。 步进电机按照工作原理可分为永磁式、磁阻式和永磁感应子式三种。 今后步进电机将会有以下四个方面的发展，为减小其占用的空间从而会往小型方向发展，以更加的适用于工业制造当中；为增加力矩，从而会将圆形改为方形，以提高其工作效率；为体现其优越的控制性能，从而会偏向于一体化设计，以实现电子自动化控制，更加灵活方便；为降低其成本，增加其性能，从而会向三相和五相的方向发展，以充分实现其优越性能。 步进电机以其显着的特点，在电子数字化时代将发挥重大作用，将广泛应用于数控车床、机器人、航空工业和电子领域中，可完成工作量大，任务复杂、精度高的制造业以及代替人类完成不利于身体健康的工业中，为生活带来更多的便利。 第一章设计内容及要求 基本要求：1、利用proteus软件设计步进电机的工作原理图，并进行仿真。 2、调试及实现。 （1）实现步进电机根据输入的脉冲旋转的相应圈数。 （2）可以实现复位，正反转控制，由4个LED代替4个线圈。 （3）实现步进电机的加速、减速功能。
开环控制、半闭环控制、闭环控制的区别 2011-11-2 10:31 提问者：升玩就走|浏览次数：485次 数控技术 推荐答案 2011-11-2 13:39 开环：没有测量回路。 半闭环：有一个测量回路（主要反馈控制转速：编码器）注意：编码器有绝对值和相对值之分 全闭环：有两个测量回路（反馈转速+位置：编码器+光栅尺或外置编码器） | 其他回答共2条 2011-11-3 14:01Einstiphen|五级 以监测点的不同来区分三者。 开环控制就是系统按设定的参数来运转，不作监测，不反馈。 半闭环控制就是在系统的执行端之前（非最终端）设置监测，反馈回的信号可以对执行端之前的机构进行实时调整。 闭环控制是在系统的最终执行端设置监测，反馈回的信号直接用于系统整体调整。 开环系统最简单，成本低，但执行精度最差，基本无系统波动。 闭环系统最复杂，控制成本最高，但执行精度相当高，系统波动也最大。 半闭环系统介于以上两者之间。 |评论 2011-11-17 10:09wangpeng3219|二级 闭环 闭环也叫反馈控制系统，是将系统输出量的测量值与所期望的给定值相比较，由此产生一个偏差信号， 利用此偏差信号进行调节控制，使输出值尽量接近于期望值。举例：调节水龙头——首先在大脑 中对水流有一个期望的流量，水龙头打开后由眼睛观察现有的流量大小与期望值进行比较，并不断的
用手进行调节形成一个反馈闭环控制；骑自行车——同理不断的修正行进的方向与速度形成闭环控制。 半闭环 半闭环控制系统:半闭环控制系统是在开环控制系统的伺服机构中装有角位移检测装置，通过检测 伺服机构的滚珠丝杠转角，半闭环控制系统图间接检测移动部件的位移，然后反馈到数控装置的 比较器中，与输入原指令位移值进行比较，用比较后的差值进行控制，使移动部件补充位移，直到 差值消除为止的控制系统。由于半闭环控制系统将移动部件的传动丝杠螺母不包括在环内，所以传动 丝杠螺母机构的误差仍会影响移动部件的位移精度，由于半闭环控制系统调试维修方便，稳定性好， 目前应用比较广泛。半闭环控制系统的伺服机构所能达到的精度、速度和动态特性优于开环伺服机构， 为大多数中小型数控机床所采用。 开环 相对闭环而言开环（kāi huán）英文名open-loop。开环相对于闭环而言，也叫开环控制系统。意思就是不将控制的结果反馈回来影响当前控制的系统。举例：打开灯的开关——按下开关后的一瞬间，控制活动已经结束，灯是否亮起以对按开关的这个活动没有影响；投篮——篮球出手后就无法再继续对其控制，无论球进与否，球出手的一瞬间控制活动即结束。
第四节 步进电机的控制与驱动 步进电机的控制与驱动流程如图4-11所示。主要包括脉冲信号发生器、环形脉冲分配器和功率驱动电路三大部分。 步进脉冲 方向电平 图4-11 步进电机的控制驱动流程 二、步进电机的脉冲分配 环形分配器是步进电机驱动系统中的一个重要组成部分，环形分配器通常分为硬环分和软环分两种。硬环分由数字逻辑电路构成，一般放在驱动器的内部，硬环分的优点是分配脉冲速度快，不占用CPU的时间，缺点是不易实现变拍驱动，增加的硬件电路降低了驱动器的可靠性；软环分由控制系统用软件编程来实现，易于实现变拍驱动，节省了硬件电路，提高了系统的可靠性。 1．采用硬环分时的脉冲分配 采用硬环分时，步进电机的通电节拍由硬件电路来决定，编制软件时可以不考虑。控制器与硬环分电路的连接只需两根信号线：一根方向线，一根脉冲线（或者一根正转脉冲线，一根反转脉冲线）。假定控制器为AT89S52单片机，晶振频率为12MHz，如图4-18：P1.0输出方向信号，P1.1输出脉冲信号。 则控制电机走步的程序如下： （1）电机正转100步 MOV 0FH，#100D ；准备走100步 CONT1： SETB P1.0 ；正转时P1.0=1 CLR P1.1 ；发步进脉冲的下降沿（设驱动器对于脉冲的下降沿有效） NOP ；延时（延时的目的是让驱动电路的光耦充分导通） NOP ；延时（根据驱动器的需要，调整延时） SETB P1.1 ；发步进脉冲的上升沿 MOV 0EH，#4EH ；两脉冲之间延时20000μs（决定电机的转速） MOV 0DH，#20H ；20000的HEX码为4E20 CALL DELAY ；调用延时子程序 DJNZ 0FH，CONT1 ；循环次数减1后，若不为0则继续，循环100次 RET （2）电机反转100步 MOV 0FH，#100D ；准备走100步 CONT2： CLR P1.0 ；反转时P1.0=0 CLR P1.1 ；发步进脉冲的下降沿（设驱动器对于脉冲的下降沿有效） NOP ；延时（延时的目的是让驱动电路的光耦充分导通） NOP ；延时（根据驱动器的需要，调整延时） SETB P1.1 ；发步进脉冲的上升沿
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/6d14419879.html, 利用单片机实现对步进电机的简单控制 作者：吴云 来源：《计算机光盘软件与应用》2013年第08期 摘要：本文主要介绍了利用LY-51SV2.3开发板实现对步进电机的简单控制，以实现步进电机的正反转、加减速以及开始停止等功能。通过对步进电机的控制，使人们对开发板的应用以及如何编写C语言程序有更深层次的理解。通过本文的介绍，也为下一步更好的利用开发板控制步进电机打下一个基础。 关键词：单片机；步进电机；语言 中图分类号：TP368.1 目前，单片机应用得到了非常广泛的应用，几乎涉及到了社会生活中的各个领域，对于与计算机相关专业的单片机的知识有一个简单的学习了解是必要的，而对于初学者或者教学人员利用开发板进行学习是有效的途径。开发板是学习和实践的最好产品，因为有配套测试好的软件和硬件，这样用户就不必操心组建开发系统的过程。只需要专心研究程序。开发板只不过是个工具，利用这个工具，可以使我们更快的了解并掌握需要的知识。 1设计思路 本次单片机使用STC89C51，通过开发板的5个按键K1-K5分别实现对步进电机的加减速、正反转与停止的控制，在实现正反转的过程中分别由Led指示灯进行指示，并在数码管上显示当前速度的大小值，其最大值不超过18，在整个按键过程中是由键盘扫描函数来控制， 速度的大小值是由显示函数在数码管上显示出来。 2端口、函数与变量定义 #defineKeyPortP3//由P3口连接控制按钮 #defineDataPortP0//定义数据端口程序中遇到DataPort则用P0替换 sbitLATCH1=P2^2；//定义锁存使能端口段锁存 sbitLATCH2=P2^3；//位锁存 sbitA1=P1^0；//定义步进电机连接端口 sbitB1=P1^1；sbitC1=P1^2；sbitD1=P1^3；sbitled=P1^5；sbitled1=P1^7；
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
更多电子资料请登录赛微电子网https://www.doczj.com/doc/6d14419879.html, 步进电机原理 作者：Dan Simon，电子与计算机工程系，克里夫兰州立大学 步进电机也叫步进器，它利用电磁学原理，将电能转换为机械能，人们早在20世纪20年代就开始使用这种电机。随着嵌入式系统(例如打印机、磁盘驱动器、玩具、雨刷、震动寻呼机、机械手臂和录像机等)的日益流行，步进电机的使用也开始暴增。不论在工业、军事、医疗、汽车还是娱乐业中，只要需要把某件物体从一个位置移动到另一个位置，步进电机就一定能派上用场。步进电机有许多种形状和尺寸，但不论形状和尺寸如何，它们都可以归为两类：可变磁阻步进电机和永磁步进电机。本文重点讨论更为简单也更常用的永磁步进电机。 步进电机的构造 （图一，具有双齿槽和单绕组的定子） 如图1所示，步进电机是由一组缠绕在电机固定部件--定子齿槽上的线圈驱动的。通常情况下，一根绕成圈状的金属丝叫做螺线管，而在电机中，绕在齿上的金属丝则叫做绕组、线圈、或相。如果线圈中电流的流向如图1所示，并且我们从电机顶部向下看齿槽的顶部，那么电流在绕两个齿槽按逆时针流向流动。根据安培定律和右手准则，这样的电流会产生一个北极向上的磁场。 现在假设我们构造一个定子上缠绕有两个绕组的电机，内置一个能够绕中心任意转动的永久磁铁，这个可旋转部分叫做转子。图2给出了一种简单的电机，叫做双相双极电机，因为其定子上有两个绕组，而且其转子有两个磁极。如果我们按图2a所示方向给绕组1输送电流，而绕组2中没有电流流过，那么电机转子的南极就会自然地按图中所示，指向定子磁场的北极 （图2：双相双极电机） 然后我们切断绕组1中的电流，按照图2b所示方向给绕组2输送电流，于是定子磁场会指向左侧，从而使得转子旋转，其南极也指向左侧。
开环控制系统与闭环控制系统的区别及相关的实例 开环控制系统：不将控制的结果反馈回来影响当前控制的系统 举例：打开灯的开关——按下开关后的一瞬间，控制活动已经结束，灯是否亮起以对按开关的这个活动没有影响； 闭环控制系统：可以将控制的结果反馈回来与希望值比较，并根据它们的误差调整控制作用的系统 举例：调节水龙头——首先在头脑中对水流有一个期望的流量，水龙头打开后由眼睛观察现有的流量大小与期望值进行比较，并不断的用手进行调节形成一个反馈闭环控制；骑自行车——同理不断的修正行进的方向与速度形成闭环控制 开环闭环的区别：1、有无反馈；2、是否对当前控制起作用。开环控制一般是在瞬间就完成的控制活动，闭环控制一定会持续一定的时间，可以借此判断。 手动控制系统：必须在人的直接干预下才能完成控制任务的系统 自动控制系统：不需要有人干预就可按照期望规律或预定程序运行的控制系统 判断：骑自行车——人工闭环系统，导弹——自动闭环系统，人打开灯——人工开环系统，自动门、自动路灯——自动开环系统 开环控制系统方框图19例 开环控制系统的方框图： 1、水泵抽水控制系统 2、家用窗帘自动控制系统 3、宾馆自动门控制系统 4、楼道自动声控灯装置 控制量 控制量 控制量 控制量
5、游泳池定时注水控制系统 6、十字路口的红绿灯定时控制系统 7、公园音乐喷泉自动控制系统 8、自动升旗控制系统 9、宾馆火灾自动报警系统 10、宾馆自动叫醒服务系统 11、活动猴控制系统 控制量 控制量 控制量 控制量 控制量 控制量 控制量
12、公共汽车车门开关控制系统 14、普通电风扇控制系统 15、普通全自动洗衣机控制系统 16、手电筒控制装置 17、宾馆自动门加装压力传感器防意外事故自动控制系统 18、可调光台灯控制系统 控制量 （压缩空控制量 控制量 控制量 控制量 输入量 （压力传感器是否测到压力异常信号） 控制量 控制量
本模块由45BC340C型步进电机及其驱动电路组成。 （一）步进电机： 一般电动机都是连续旋转，而步进电动却是一步一步转动的，故叫步进电动机。每输入一个脉冲信号，该电动机就转过一定的角度（有的步进电动机可以直接输出线位移，称为直线电动机）。因此步进电动机是一种把脉冲变为角度位移（或直线位移）的执行元件。 步进电动机的转子为多极分布，定子上嵌有多相星形连接的控制绕组，由专门电源输入电脉冲信号，每输入一个脉冲信号，步进电动机的转子就前进一步。由于输入的是脉冲信号，输出的角位移是断续的，所以又称为脉冲电动机。 随着数字控制系统的发展，步进电动机的应用将逐渐扩大。 步进电动机的种类很多，按结构可分为反应式和激励式两种；按相数分则可分为单相、两相和多相三种。 图1 反应式步进电动机的结构示意图 图1是反应式步进电动机结构示意图，它的定子具有均匀分布的六个磁极，磁极上绕有绕组。两个相对的磁极组成一组，联法如图所示。 模块中用到的45BC340型步进电机为三相反应式步进电机，下面介绍它单三拍、六拍及双三拍通电方式的基本原理。 1、单三拍通电方式的基本原理 设A相首先通电（B、C两相不通电），产生A-A′轴线方向的磁通，并通过转子形成闭合回路。这时A、A′极就成为电磁铁的N、S极。在磁场的作用下，转子总是力图转到磁阻最小的位置，也就是要转到转子的齿对齐A、A′极的位置（图2a）；接着B相通电（A、C 两相不通电），转了便顺时针方向转过30°，它的齿和C、C′极对齐（图2c）。不难理解，当脉冲信号一个一个发来时，如果按A→C→B→A→…的顺序通电，则电机转子便逆时针方向转动。这种通电方式称为单三拍方式。 图2 单三拍通电方式时转子的位置
目录 1 总体方案的确定 (1) 1.1 对步进电机的分析 (1) 1.2 电机的控制方案 (2) 1.3 控制算法的方案 (3) 1.4 串口通讯的模拟 (3) 2 硬件的设计与实现 (4) 2.1 微处理器的选择 (4) 2.2 控制电路的实现 (4) 2.3 键盘和显示电路 (6) 3 软件的设计与实现 (6) 3.1 控制信号输入程序 (7) 3.2 步进电机控制程序设计 (8) 3.3 程序分析及说明 (9) 4 系统的仿真与调试 (10) 4.1 程序的调试 (11) 4.2 串口通信的调试 (11) 4.3 调试结果及分析 (11) 5 设计总结 (13) 参考文献 (14) 附录 (15)
步进电机速度控制系统设计报告 1 总体方案的确定 系统以单片机为核心，接收并分析来自键盘或串口的控制指令，经过CPU 的逻辑计算输出控制信息，让步进电机按要求转动。由于步进电机是开环元件，系统不需反馈环节，但也同时要求控制信号足够精确。此外，为实现单片机与电机之间信号对接，需要加入步进电机驱动单元。 1.1 对步进电机的分析 步进电机又叫脉冲电机，它是一种将电脉冲信号转化为角位移的机电式数模转换器。在开环数字程序控制系统中，输出控制部分常采用步进电机作为驱动元件。步进电机控制线路接收计算机发来的指令脉冲，控制步进电机做相应的转动，步进电机驱动数控系统的工作台或刀具。很明显，指令脉冲的总数就决定了数控系统的工作台或刀具的总位移量，指令脉冲的频率决定了移动的速度。因此，指令脉冲能否被可靠地执行，基本上取决于步进电机的性能。 步进电机的工作就是步进转动。在一般的步进电机工作中，其电源都是采用单极性的直流电源。要是步进电机转动，就必须对步进电机定子的各相绕组以适当的时序进行通电。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（即步进角）。通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，即可达到调速的目的。本设计是用单片机输出可调脉冲作为单片机的控制信号，通过改写脉冲频率调节单片机转速。 常见的步进电机分三种：永磁式（PM），反应式（VR）和混合式（HB），永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，但噪声和振动都很大。混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点,它又分为两相和五相,应用最为广泛。单片机管脚输出电压一般不足以驱动步进电机转动，所以需要在单片机和步进电机之间加入驱动电路。
步进电机的PLC 控制调速方法之探索 步进电机又叫做脉冲电机，是控制系统中的一种执行元件。它的作用是将脉冲信号变换为相 应的位移，即给一个脉冲电信号，步进电机就转动一个角度或前进一步。由于步进电机的位 移与脉冲个数成正比，其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的相序有关。所以只要控制 指令脉冲的数量、频率及电机绕组通电的相序，便可控制步进电机的输出位移量、速度和方向。步进电机具有较好的控制性能，其启动、停止、正反转及其它任何运行方式的改变都可 在少数脉冲内完成，且可获得较高的控制精度，从而实现精确定位。同时可以通过控制脉冲 频率来控制步进电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。在负载能力范围内，这些 关系不因电源电压、负载大小、环境条件的波动而变化，因而可适用于开环系统中作执行元件，使控制系统大为简化。目前，我国已较多地将步进电机用于机械加工的数控机床中，在 绘图机、轧钢机的自动控制、自动记录仪表和数模变换等方面也得到较多的应用。 可编程序控制器简称PLC，是一种数字运算操作的控制系统，专门用于工业环境设计。它的 主要特点是可靠性高、使用方便、体积小、重量轻、编程简单易学，在工业控制领域得到广 泛的应用。目前，利用PLC 技术可以方便地实现对电机速度和位置的控制，方便地进行各种 步进电机的操作，完成各种复杂的工作。它代表了先进的工业自动化革命，加速了机电一体 化的实现。 本论文以项目教学法的方式探索步进电机的PLC 控制转速方法。本设计控制要求如下：按下 启动按钮，步进电机以100Hz 的基准频率正转。按一次加速按钮，频率以50Hz 递增，最多 加速5 次；按一次减速按钮，频率以25Hz 递减，最多减速4 次。加速时为正转，减速时为反转。按下停止按钮，步进电机立即停止运行。步进电机驱动器的细分设置为1，电流设置为1.5A。 1 控制系统的硬件设计 1.1 控制系统的结构。本设计中，系统硬件部分由上位机、PLC、步进电机驱动器、步进电机、负载等组成。上位机是计算机，作为控制面板、人机交互界面和控制软件编制环境，通过与PLC 的通信，实现操作监控功能；PLC 发出脉冲信号、方向信号，通过步进电机驱动器控制步进电机的运行状态。 1.2 控制系统的硬件。 1.2.1 PLC。使用PLC 控制步进电机时，应该保证PLC 具有高速脉冲输出功能。通过选择具有 高速脉冲输出功能或专用运动控制功能的模块来实现。在本设计中，采用的是三菱系列 FX2N-32MT 型的晶体管输出型PLC。在PLC 的选型上，必须采用晶体管输出型PLC，若使用继电器型的PLC，则高速脉冲的输出很难达到控制要求。 1.2.2 步进电机。步进电机有步距角（涉及到相数）、静力矩、电流三大要素组成。根据负载的控制精度要求选择步距角大小，根据负载的大小确定静力矩，静力矩一经确定，根据电机 矩频特性曲线来判断电机的电流。一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。 1.2.2.1 步距角的选择。步进电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度（包括减速）。电机的步距角应等于或小 于此角度。目前市场上步进电机的步距角一般有0.36 度/0.72 度（五相电机）、0.9 度/1.8 度（二、四相电机）、1.5 度/3度（三相电机）等。 1.2.2.2 静力矩的选择。步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载两种。单一的惯性 负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动时（一般由低速）两种负载均要考虑，加速起
《RC正弦波振荡电路》 课程设计说明书 专业班级：2012级电子信息科学与技术2班姓名： 指导教师：江郑云 设计时间: 2014、11、26——2014、11、10 物理与电气工程学院 2014年11 月10 日 摘要
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的误差而无累计误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变得非常简单。步进电机的调速一般是改变输入步进电机的脉冲的频率来实现步进电机的调速。因为步进电机每给一个脉冲就转动一个固定的角度，这样就可以通过控制步进电机的一个脉冲就到下一个脉冲的时间间隔来改变脉冲的频率，延时的长短来具体控制步进角来改变步进电机的转速，从而实现步进电机的调速。在本设计方案中采用AT89C52型单片机内部的定时器改变CP脉冲的频率从而实现对步进电机的转速进行控制，实现电机调速与正反转的功能。 关键词：步进电机单片机小系统数码管发光二极管
目录 一、引言 (1) 1.1 设计背景 (1) 1.2 设计要求 (2) 二、硬件电路的设计 (2) 2.1 系统总电路框图 (2) 2.2 电路单元 (2) 2.2.1 STC89C52小系统 (2) 2.2.2 ULN2003驱动芯片 (3) 2.2.3 步进电机 (4) 2.3原理图 (5) 2.3.1 最小系统原理图 (6) 2.3.2键盘模块原理图 (6) 2.3.3八位数码管显示原理图 (7) 2.3.4 电机驱动模块原理图 (7) 三、软件系统 (8) 3.1 系统流程图 (8) 3.2 主程序 (9) 四、参考资料 (11)
开环控制与闭环控制的区别 “开环控制”与“闭环控制”的区别就在于控制系统中有无反馈环节，所谓闭环控制就是存在反馈环节的控制。这样的系统能够适时地检测控制的输出结果，并将检测到的信息通过反馈环节反映到输入端，调整输入量，达到修正控制误差、提高控制精确度的目的。反馈技术被广泛应用在各种需要精确控制的系统中，尤其是电子控制系统，比如：各种放大电路中的增益控制；环境的温度、湿度、水位、压力的控制；机械结构的位置控制、速度控制等等。因此常常使人觉得：闭环控制是复杂的、精确的、自动的控制方式，而开环控制相对的简单、粗糙和非自动。这种感觉常常造成初学者在分析系统时的误判，需要特别注意。 以普通家用压力锅的温度控制过程为例，在密闭状态下，锅内的温度与压力呈对应关系。加热锅体，锅内温度逐步升高，锅内压力也随之升高；当锅内的压力达到设定值时，高压将顶开压在排气阀上的重锤，排出蒸汽，使锅内压力降低，压力的降低又造成温度的降低。由于重锤的重量是恒定，因此当温度达到设定值之后，加热量和排气量将呈动态平衡，锅内压力保持在高于大气压力的一个恒定值上，锅内温度也保持在高于常压水的沸点温度的一个恒定值上（一般为110℃左右），不再继续升高。过程如下图所示： 分析这样一个控制问题，首先要界定所考察的系统范围。从整体效果上看，该控制过程的输入量是加热锅体，加热锅体导致的三个结果：锅体升温、锅内升压以及排气孔排气，都是输出量，而输出量并未反馈回来影响输入量，因此它是一个开环控制系统。而更细致的分析，应该把升温过程与恒压/恒温过程分别进行分析。分析时考察的系统范围不同，结论也不同。 ①压力锅的加热、升温、升压过程 把加热炉具与压力锅看成一个系统，压力锅体因外部加热而升温，分析加热的过程。输入量——接通电源或点火，输出量——锅体升温、锅内升压以及排气孔排气。控制过程如下图所示，与用炉火加热普通锅体的过程相同，属于开环自动控制。
文献综述 电气工程及自动化 步进电机的控制方式 摘要：首先对步进电机的概念做了简单的介绍，并且对步进电机的发展前景做了简要的描述。然后对步进电机的传统控制、PLC控制、DSP控制、ARM控制方式以及单片机控制做了系统的说明。重点描述了基于单片机的步进电机控制方式。 关键字：步进电机；单片机；控制 引言 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化非常简单，因此广泛应用在数控机床、机器人、自动化仪表等领域。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。 一．步进电机的发展前景 步进电动机经过几十年的发展，已成为除直流电动机和交流电动机以外的应用最广泛的第三类电动机。在开环高分辨率的定位系统中，至今还没有发现更合适取代它的产品，特别是在一些功率相当小的系统中，步进电机更具有无可替代的主流地位。 预计未来步进电机的研究还会持续深入下去，研究方向之一是电机和驱动的一体化，使步进电机体积更小巧、性能更优越，性价比更高，在大量的民用设备中批量化使用。 二．步进电机的控制方式 2.1传统方式的步进电机控制系统 在传统的步进电机控制方式中, 由控制器产生控制指令，环形分配器根据指令将输入的单一脉冲串，按工作方式和转向分别依次向连接到步进电机各相绕组的功率放大器分配脉冲，以便形成旋转磁场。 这种方式的各部分硬件的设计、选型、接口匹配往往要花费设计者很大的精力和劳动。接口信号的匹配以及元器件的质量等对整个系统的可靠性影响很大。 2.2 基于PLC的步进电机控制系统
实验三十三 电机速度开环控制和闭环控制 （自动控制理论—检测技术综合实验） 一、 实验原理 1．直流电机速度的控制 直流电机的速度控制可以采用电枢回路电压控制、励磁回路电流控制和电枢回路串电阻控制三种基本方法。三种控制方式中，电枢电压控制方法应用最广，它用于额定转速以下的调速，而且效率较高。 本实验采用电枢控制方式，如图 33-1所示。本实验装置为一套小功率直 流电机机组装置。连接于被控制电机的 输出轴的是一台发电机，发电机输出端 接电阻负载，调节电阻负载即可调节被 控制电机的输出负载。发电机输出电压 兼作被控电机速度反馈电压。 2． 开环控制和闭环控制 由自动控制理论分析可知，负载的存在相当于在控制系统中加入了扰动。扰动会导致输出（电机速度）偏离希望值。闭环控制能有效地抑制扰动，稳定控制系统的输出。闭环控制原理方框图如图33-2。当积分环节串联在扰动作用的反馈通道（即扰动作用点之前）时，即成为针对阶跃扰动时的I 型系统，能消除阶跃信号扰动。 采用积分环节虽然能一定程度上消除系统的稳态误差，但是却对系统的动态性能（超调量、响应时间）和稳定性产生不利影响。因此需要配合进行控制器的设计和校正（采用根轨迹设计方法或频域设计方法）。 E 图33-1直流电机速度的电枢控制方式 图33-2 直流电机速度的闭环控制原理方框图
此外，在扰动可以测量的情况下，采用顺馈控制也能有效地对扰动引起的跟踪误差进行补偿，减轻反馈系统的负担，见图33-3。 图33-3 反馈＋顺馈控制方式消除扰动引起的误差 式中： 为控制器传递函数，也是扰动输入时的反馈通道传递函数； )(11s G G =)(22s G G = 为被控对象（本实验中即被控直流电机）的传递函数； )(s G G c c = 为顺馈控制通道传递函数； R 为指令输入，即希望的电机速度； C 为输出被控量，即被控电机的输出速度； E 为系统的稳态误差； D 为系统的扰动输入，即电机的负载。 由扰动到输出的传递函数可知，扰动引起的稳态误差为 D G G G G G E c R 2 12101)1(++?== （33-1） 当选择顺馈回路传递函数为 11 G G c ?= （33-2） 时，有00==R E ，即扰动对输出没有影响。 实际设计的控制系统中，精确实现式（33-2）是困难的。但可以通过粗略的实现，抵消大部分的扰动，不能完全抵消的余下部分由反馈来抑制。这样可以有效地补偿扰动对输出的主要影响，又大大减轻反馈通道的负担，对稳定性影响较小。顺馈＋反馈控制实现的条件是扰动是可以测量的。 3．控制器设计 控制器设计基础为基本的功率放大器电路设计和为满足系统性能要求的校正网络设计。本实验中，功率放大器电路为基本的功率晶体管放大电路，与电机的电枢电路串联；晶体管的基极控制电路则由模拟电路或模数混合电路组成。功率放大电路的输出供给电机电枢电压，功放电路的电源通常与电机电枢电压要求相匹配，属大功率供电电源（也称为强电）；而基极控制电路则是由单独的电源供电的，其电压等级远低于电枢电压，称为控制电源（或弱电）。两个电源可以共一个地，也可以不共地。其基本控制原理框图见