课程设计-三相步进电机

毕业设计（论文）题目：三相步进电机驱动器设计学院：机电工程学院专业班级：机械工程及自动化03 班指导教师：职称：学生姓名：学号：摘要步进电动机是一种将电脉冲信号变换成角位移或线位移的精细履行元件，具有快速起动和停止的特色。

其驱动速度和指令脉冲能严格同步 , 拥有较高的重复定位精度 , 并能实现正反转和光滑速度调理。

它的运行速度和步距不受电源电压颠簸及负载的影响 , 因此被宽泛应用于数模变换、速度控制和地点控制系统。

本文在剖析了步进电机的驱动特征、斩波恒流细分驱动原理和混淆式步进电机驱动芯片ULN2003AN的性能、构造的基础上，联合 AT89C52单片机，设计出了混淆式步进电机驱动电路。

要点词：步进电机， AT89C52单片机， ULN2003AN驱动AbstractStepping motors is a kind of will convert angular displacement or electrical impulses signal line displacement of precision actuator, have fast start and stop characteristics. The driving speed and instructions pulse can strictly synchronization, which has high repositioning precision, and can realize the positive &negative and smooth adjustable speed. Its operation speed and step distance from supply voltage fluctuation and load effect, which have been widely applied in analog-to-digital conversion, speed control and the position control system. Based on the analysis of the stepper motor driving characteristics, a chopper constant-current subdivided driving principle and hybrid stepping motor drive chip ULN2003AN the performance, structure in the foundation, the union AT89C52 single chip computer, designed a hybrid stepping motor driver circuit.Key words: Stepping motor，AT89C52 single chip computer，ULN2003AN driver第1章概括步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机，外国一般称为Steppingmotor、Pulse motor或Stepper servo，其应用发展已有约 80年的历史。

一、课题内容用PLC控制三相六拍步进电机，其控制要求如下：1．三相步进电动机有三个绕组：A、B、C，正转通电顺序为：A→AB→B→BC→C→CA→A反转通电顺序为：A→CA→C→BC→B→AB→A2．要求能实现正、反转控制，而且正、反转切换无须经过停车步骤。

3．具有两种转速：1号开关合上，则转过一个步距角需0.5秒。

2号开关合上，则转过一个步距角需0.05秒。

二、课题要求1．根据题意，I/O编址，编制控制程序。

并对梯形图程序加以说明。

2．完成课程设计说明书。

三、课题设计3.1分析工艺流程本课题要求步进电机是三相六拍运行三相六拍正转通电顺序为：A→AB→B→BC→C→CA三相六拍反转通电顺序为：A→CA→C→BC→B→AB所以我们可以根据通电的顺序，给相应的相序分配相应的地址，按照控制的要求我们就可以给出相应的控制程序。

该控制系统的控制原理图如下图3-1：所以由以上控制系统的要求可以给出控制系统的程序流程图3-2:图3-2 程序控制流程图3.2控制系统的I/O及地址分配本控制系统的输入/输出信号的名称，代码及地址编号如下表3-1：表3-1 控制系统的输入/输出信号的名称，代码及地址编号3.3外端子接线图分析上述要求可以知道，该控制系统有6个输入，3个输出，根据以上具体控制要求可以给出PLC的外端子接线图如下图3-3：3.4梯形图程序设计3.5梯形图程序说明梯形图以指令的形成储存在可编程控制器的用户程序存储器中，梯形图与下面的4条指令对应，“；”之后是该指令的注解。

LD X000 ；接在左侧母线上的X000的常开触点。

OR Y000 ；与X00O的常开触点并联的Y000的常开触点。

ANI X001 ；与并联电路串联的X001的常闭触点。

OUT Y000 ；Y000的线圈。

在输入处理阶段，CPU将SB1，SB2的常开触点的状态读入相应的输入映像寄存器，外部触点接通时存入寄存器的是二进制数“1”，反之存入“0”。

学号：11课程设计题目三相步进电机控制系统的设计学院自动化学院专业自动化专业班级自动化1201班姓名廖明黎指导教师石云2015 年 5 月20 日课程设计任务书学生：廖明黎专业班级：自动化1201班指导教师：石云工作单位：自动化学院题目: 三相步进电机控制系统的设计初始条件：设计三相步进电机控制系统，要求系统具有如下功能：用K0-K2做为通电方式选择键，K0为三相单三拍，K1为三相双三拍，K2为三相六拍；K3为启动/停止控制、K4方向控制、K5加速、K6减速；用4位LED显示工作步数。

用3个发光二极管显示状态：正转时黄灯亮，反转时绿灯亮，不转时红灯亮。

要求完成的主要任务:1．硬件设计：系统原理图2．软件设计：系统总体流程图、步进电机单三拍，双三拍，三相六拍各模块流程图、显示模块流程图等3．编写程序：能够完成上述任务并用仿真软件演示4．完成符合要求的设计说明书时间安排：2015年4月28日~2015年5月29日目录1概述 (6)2设计思路 (7)2.1步进电机的驱动 (7)2.2 LED显示步数 (7)2.3按键状态的读取 (7)2.4 控制系统的整体框图 (8)3系统的硬件设计 (9)3.1 总体的硬件设计 (9)3.2步进电机控制电路 (10)3.3八段数码管显示电路 (11)3.4启/停控制、正/反转控制、工作模式控制电路 (11)3.5发光二极管显示电路 (13)4系统的软件设计 (14)4.1系统总体流程图 (14)4.2三相步进电机模块流程图 (16)4.3显示模块流程图 (16)5系统仿真 (18)6小结与体会 (20)参考文献 (21)附录 (22)三相步进电机控制系统的设计1概述本次计算机控制技术课程设计的题目是：三相步进电机控制系统的设计。

本次课程设计使用89C51单片机作为主控芯片，利用ULN2003A集成电路作为三相步进电机的驱动电路，采用单极性驱动方式，使三相步进电机能在（1）三相单三拍，（2）三相双三拍，（3）三相六拍三种工作方式下正常工作；能实现的功能有:启动/停止控制、方向控制；快速控制、慢速控制；用4位LED数码管显示工作步数。

步进电机控制 课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解步进电机的原理与结构，掌握其工作方式；2. 使学生掌握步进电机控制的基础知识，包括驱动电路的设计与控制算法；3. 引导学生了解步进电机在自动化设备中的应用。

技能目标：1. 培养学生能够运用所学知识进行步进电机的选型与安装；2. 培养学生具备编写步进电机控制程序的能力，实现电机的精确控制；3. 提高学生动手实践能力，能够独立完成步进电机控制系统的搭建与调试。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对步进电机控制技术的兴趣，激发学生学习热情；2. 培养学生具备团队协作精神，能够在小组合作中发挥个人优势；3. 引导学生认识到步进电机控制技术在工业自动化中的重要性，树立科技创新意识。

分析课程性质、学生特点和教学要求：本课程为电子技术及应用领域的一门实用课程，针对高年级学生，他们在前期已经掌握了电子技术基础知识，具备一定的实践能力。

本课程旨在进一步提高学生的实际操作能力，培养他们解决实际问题的能力。

课程目标具体、可衡量，便于学生和教师在教学过程中明确预期成果。

通过本课程的学习，学生能够将理论知识与实际应用相结合，具备步进电机控制系统的设计与实施能力，为将来的职业生涯打下坚实基础。

二、教学内容1. 步进电机原理与结构：- 步进电机的工作原理- 步进电机的分类及结构特点- 步进电机的性能参数2. 步进电机控制系统基础：- 驱动电路设计与原理- 控制算法原理及应用- 步进电机与控制器接口技术3. 步进电机控制程序编写：- 控制程序设计流程- 编程语言及开发环境选择- 步进电机控制程序实例4. 步进电机控制系统实践：- 步进电机选型与安装- 控制系统硬件连接与调试- 控制程序下载与运行5. 步进电机应用案例分析：- 步进电机在自动化设备中的应用案例- 案例分析与讨论- 创新设计与实践教学内容安排与进度：第一周：步进电机原理与结构学习第二周：步进电机控制系统基础学习第三周：步进电机控制程序编写学习第四周：步进电机控制系统实践操作第五周：步进电机应用案例分析及创新设计教材章节关联：《电子技术与应用》第四章：电机控制技术《自动化控制系统》第三章：步进电机及其控制系统教学内容确保科学性和系统性，结合课程目标，按照教学大纲安排和进度，使学生能够循序渐进地掌握步进电机控制相关知识。

目录任务与分析 01 步进电机工作原理 (1)2 总体设计方案 (2)2.1 步进电机驱动方案的比较 (2)2.2.1单电压限流型驱动电路 (2)2.2.2高低压切换型驱动电路 (3)2.2.3斩波恒流驱动电路 (3)2.2.4调频调压驱动电路 (4)2.2.5细分驱动方式 (5)3 步进电机驱动器电路原理图 (6)3.1环形分配器的电路原理图 (6)3.1.1环形分配器的设计 (7)3.2斩波恒流驱动电路原理图 (8)3.2.1IGBT及其驱动电路 (8)3.2.2信号反馈电路 (9)4 功率器件的选择与计算 (10)4.1 功率半导体的选择 (10)4.2 相关元件的选择 (10)4.2 相关电阻值的计算 (10)5 系统调试 (12)5.1 仿真结果 (12)总结 (14)参考文献 (15)摘要本文设计一种步进电动机斩波恒流驱动器。

该电路采用硬件环形分配器产生电脉冲，以IGBT作为驱动器的核心控制器件。

其特点是控制性能良好，有效提高步进电机的运行矩频特性、启动矩频特性和惯性特性等。

斩波恒驱动电路采用IGBT为开关管。

这是一种新型的全控型电压驱动式功率半导体器件。

它集众多优点与一身，高耐压、大电流、高速、开关频率高、低饱和压降、高可靠性。

非常适合用来设计步进电动机的驱动器。

步进电机驱动器按照其驱动方式可以分为如下几种：恒压驱动、高低压驱动、变频变压驱动以及斩波恒流驱动等。

对于不同的驱动方式，电机的起动特性和运行特性是不同的。

几种驱动方式相比，斩波恒流驱动具有高频响应性能好，输出转矩均匀，无共振现象等优点，从而成为当今步进电机驱动的主要方式。

步进电机的使用性能与它的驱动器有着密切的关系，步进电机的恒流斩波驱动技术从一定程度上解决了步进电机运行中的一些问题，如电源效率低、电流波形差等。

关键词：步进电机驱动器IGBT任务与分析本组课程设计题目为3A/80V三相六拍步进电机驱动设计。

要求采用集成触发环形分配器实现三相六拍的脉冲分配，功率驱动器则采用斩波恒流驱动电路。

三相步进电机驱动电路设计一、引言步进电机是一种将电脉冲信号转换为机械转动的电动机，具有结构简单、定位精度高、起动停止快的特点，被广泛应用于数控机床、机器人、自动化设备等领域。

本文将介绍三相步进电机驱动电路的设计。

二、驱动原理三相步进电机的驱动原理基于磁场交替作用的原理，通过控制电流的改变，使电机在不同的磁场中转动。

它分为两种驱动方式：全、半步进驱动。

全步进驱动方式中，步进电机每接收一个脉冲信号就转动一个步距，而在半步进驱动方式中，步进电机每接收一个脉冲信号就转动半个步距。

本文以全步进驱动为例进行设计。

三、电路设计1.电源电路：步进电机驱动电路需要一个稳定的直流电源，通常使用电容滤波器和稳压电路来提供稳定的电压输出，保证电机正常工作。

2.脉冲发生及控制电路：脉冲发生电路产生脉冲信号，用于控制步进电机的转动。

常用的发生电路有震荡电路和微处理器控制电路。

本文以震荡电路为例，通过计算电容充放电时间确定震荡频率。

3.驱动电路：驱动电路是步进电机的核心，它将脉冲信号转换为电流控制信号，控制步进电机的转动。

常用的驱动方式有双H桥驱动和高低电平驱动。

本文以双H桥驱动为例进行设计。

4.电流检测和反馈电路：为了控制步进电机的转速和转矩，需要对电机的电流进行检测和反馈。

常用的检测电路有电阻检测和霍尔效应检测。

通过检测电流大小，可以调节驱动电流，以达到控制步进电机的效果。

5.保护电路：为了保护步进电机和驱动电路的安全，需要设计相应的保护电路。

常见的保护电路有过流保护电路、过热保护电路和短路保护电路等。

四、总结本文介绍了三相步进电机驱动电路的设计。

通过合理设计电路，可以实现对步进电机的控制和保护，提高步进电机的运行效果和寿命。

未来，可以进一步研究和改进三相步进电机驱动电路的设计，以满足更高精度、更高速度的步进电机应用需求。

CHENGNAN COLLEGE OF CUST 工厂电气控制与PLC课程设计题目：三相步进电动机控制系统设计学生姓名：刘深圳学号： 2班级: 工业电气自动化1301班专业：自动化（工业电气自动化）所在院(系): 电气与信息工程系指导教师：贺勇起止日期：2015年12月28日～2016年1月8日目录一. 目的与要求 (3)二．三相步进电机的工作原理 (3)三．方案设计 (5)四．可编程逻辑控制器概述 (6)五. 可编程控制器工作原理 (7)六. 输入输出信号分析与PLC I/O分配图 (8)七. PLC的选型 (9)八. 三相步进电机主电路图 (11)九. 控制流程图 (12)十. 控制方法 (13)十一. 程序设计 (14)十二. 控制面板 (21)十三.运行与调试程序 (21)十四.总结 (22)十五．参考文献 (22)一、目的和要求(1) 用PLC 实现对三相步进电动机的控制(2) 掌握用计时器设计脉宽为一个扫描周期且频率可变的脉冲发生器和用循环移位指令产生时序脉冲的编程方法和技巧(3) 训练能综合各种信号实现某种控制规律的编程思路和方法(4) 掌握PLC 控制系统设计的基本原则和步骤，从而提高应用PLC 的能力二、三相步进电动机工作原理简介：(1) 概述：步进电动机是利用电磁铁的作用原理将电脉冲转变成直线位移或角位移。

在非超载的情况下，电动机的转速、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，即给电动机加一个脉冲信号，电动机则转过一个步距角。

这一线性关系的存在，加上步进电动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动机来控制变得非常的简单。

步进电动机通常用于数控机床、绘图机、自动控制和记录仪表等。

(2) 结构：图1 是一个三相反应式步进电机结构图。

从图中可以看出，它分成转子和定子两大部分，定子是由硅钢片叠成的，两个相邻定子齿之间的夹角为60°，转子由软磁材料制成。

课程设计任务书学生姓名：专业班级：自动化0902班指导教师：工作单位：自动化学院题目: 三相步进电机控制系统的设计初始条件：设计一个三相步进电机控制系统，要求系统具有如下功能：用K0-K2做为通电方式选择键，K0为三相单三拍，K1为三相双三拍，K2为三相六拍；K3为启动/停止控制；K4方向控制（正反转）；K5速度控制（快慢两档）；用4位LED数码管显示工作步数。

用3个发光二极管显示状态：正转时红灯亮，反转时黄灯亮，不转时绿灯亮。

要求完成的主要任务:1．硬件设计：系统总原理图及各部分详细原理图2．软件设计：系统总体流程图、步进电机单三拍，双三拍，三相六拍各模块流程图、显示模块流程图等3．编写程序：能够完成上述任务4．完成符合要求的设计说明书。

时间安排：2012年6月25日~2010年7月4日指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日摘要 (3)1 设计任务和要求 (4)1.1设计任务 (4)1.2任务要求 (4)2 设计方案的比较及选择 (5)2.1 电机驱动选择方案 (5)2.2 LED显示选择方案 (5)2.3 按键状态的读取 (5)3 控制系统的工作原理 (5)3.1 步进电机控制工作原理 (5)3.2 系统设计思路 (7)3.3 系统的整体框图 (7)4 系统的硬件设计 (8)4.1 总体设计 (8)4.2 步进电机控制电路 (9)4.3 显示电路 (10)5系统软件设计 (11)5.1 总体设计 (11)5.2 关键模块设计 (14)6 系统仿真结果 (17)6.1 相步进电机三种工作方式 (17)6.2 相步进电机启动和停止 (19)6.3 三相步进电机的正转和反转 (20)6.4 三相步进电机速度控制 (21)心得体会 (22)参考文献 (23)附录1：总电路图 (24)附录1：源程序 (25)本次计算机控制技术课程设计的题目是：三相步进电机控制系统的设计。

本次课程设计使用80c51单片机作为主控芯片，利用ULN2003A集成电路作为三相步进电机的驱动电路，采用单极性驱动方式，使三相步进电机能在（1）三相单三拍，（2）三相双三拍，（3）三相六拍三种工作方式下正常工作；能实现的功能有:启动/停止控制、方向控制；速度控制（快慢两档）；用4位LED数码管显示工作步数。

课程设计步进电机一、教学目标本课程的学习目标主要包括知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。

知识目标要求学生掌握步进电机的基本原理、结构特点及其在实际应用中的基本方法。

技能目标要求学生能够运用步进电机进行简单的物理实验，并能够分析实验结果。

情感态度价值观目标要求学生在学习过程中培养对科学的热爱和探索精神，提高学生的实践能力和创新意识。

二、教学内容教学内容主要包括步进电机的基本原理、结构特点、工作原理及其在实际应用中的基本方法。

具体包括以下几个方面：1.步进电机的基本原理：介绍步进电机的工作原理，让学生了解步进电机是如何通过电磁感应产生转矩的。

2.步进电机的结构特点：介绍步进电机的结构特点，包括定子和转子两部分，以及它们之间的相互关系。

3.步进电机的工作原理：讲解步进电机的工作原理，让学生了解步进电机在不同工作状态下的运行情况。

4.步进电机在实际应用中的基本方法：介绍步进电机在实际应用中的基本方法，包括步进电机的选型、安装、调试和维护等方面。

三、教学方法为了提高教学效果，我们将采用多种教学方法进行授课，包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。

1.讲授法：通过讲解步进电机的基本原理、结构特点和工作原理，使学生能够系统地掌握步进电机的相关知识。

2.讨论法：学生进行课堂讨论，引导学生主动思考和探究步进电机的相关问题，提高学生的思维能力和解决问题的能力。

3.案例分析法：通过分析实际应用中的步进电机案例，使学生能够更好地理解和掌握步进电机的工作原理和应用方法。

4.实验法：安排学生进行步进电机的实验操作，让学生亲身体验步进电机的工作过程，提高学生的实践能力和创新意识。

四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，我们将选择和准备适当的教学资源，包括教材、参考书、多媒体资料和实验设备等。

1.教材：选择一本与步进电机相关的教材，作为学生学习的主要参考资料。

2.参考书：推荐一些与步进电机相关的参考书籍，供学生进一步深入学习和研究。

机电工程学院课程设计说明书设计题目: 三相六拍步进电动机控制程序的设计与调试内容摘要步进电动机具有快速起停、精确步进和定位等特点,所以常用作工业过程控制及仪器仪表的控制元件。

目前,比较典型的控制方法是用单片机产生脉冲序列来控制步进电机。

但采用单片机控制, 不仅要设计复杂的控制程序和I /O 接口电路, 实现比较麻烦, 而且对工业现场的恶劣环境适应性差, 可靠性不高。

使用PLC可编程控制器实现三相六拍步进电动机驱动，可使步进电动机东芝的抗干扰能力强，可靠性高，同时，由于实现了模块化结构，是系统结构十分灵活，而且编程语言简短易学，便于掌握，可以进行在线修改，柔性好，体积小，维修方便。

本设计是利用PLC做三相六拍步进电动机的控制核心，用按钮开关的通断来实现对步进电机正,反转控制，而且正，反转切换无须经过停车步骤。

其次可以通过对按钮的控制来实现对高，低速度的控制。

充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计最重要的一条原则。

本设计更加便于实现对步进电机的制动化控制。

关键词：PLC控制;三相六拍;步进电动机;电机正反转目录引言 (1)第1章步进电动机和PLC简介 (2)1.1步进电动机 (2)1.1.1三相六拍步进电动机 (2)1.2PLC简介 (3)1.2.1可编程控器概述 (3)1.2.2 可编程控制器的定义 (3)1.2.3 PLC的特点 (3)第2章三相六拍步进电动机控制程序的设计 (5)2.1控制程序流程图及软件模块 (5)2.2梯形图程序设计 (7)2.2.1 CPU的选择 (7)2.2.2输入输出编址 (7)2.2.3状态真值表 (7)2.3梯形图程序 (8)2.4三相六拍步进电机控制语句表 (12)2.5程序的运行及调试 (14)2.6I/O接线图 (16)结论 (17)设计总结 (18)谢辞 .................................................. 错误！未定义书签。