下载文档原格式
步进电机控制系统设计传统的电流式掌握方法是检测流经绕组的电流，并将反馈信号送到掌握芯片，然后由掌握芯片打算是增加还是降低绕组电流，以取得所需的电流强度。
这种掌握方法使电机在宽转速和宽电源电压范围内保持抱负的转矩，特别适用于全步进和半步进电机驱动，而且实现起来特别简单。
闭环掌握电路将电流施加到绕组。
反电动势(BEMF)会降低绕组电压，延长电流达到抱负值的时间，因此，反电动势限制电机转速。
虽然系统无需知道反电动势值，但是，不重视且不修正这个数值将会导致系统性能降低。
由于电源电压变化导致峰值电流有时波动幅度很大，所以，直到现在，工程师还是尽量避开使用电压式掌握方法。
工程师们还想避开反电动势随着电机转速增加而上升的问题。
在这种状况下，业内消失了能够补偿反电动势的智能电压式掌握系统。
这种驱动方法使电机运转更顺畅，微步辨别率更高，是对高精度定位和低机械噪声要求严格的应用的抱负选择。
电压式掌握是一种开环掌握：当正弦电压施加到电机相位时，机电系统将回馈正弦电流。
我们可以用数字方法补偿反电动势和峰流变化。
在记住电机的精确特性（电机电感-转速曲线、反电动势-转速曲线、电机电阻）后，计算并施加电压，以取得抱负的电流值。
电压式掌握方法是向电机施加电压，而不是恒流。
施加的电压值能够补偿并完全消退反电动势效应，施加电压的上升速率与因电机转速增加而导致反电动势上升的速率相同，保证电流幅度对转速曲线平坦。
在已知所需电流后，就可以确定取得该电流需要施加的精确电压值。
因此，电流是由电压间接掌握，如图1所示。
图1：反电动势(BEMF)补偿电压式掌握还节约了分流电阻，可取得高微步辨别率和极低的转矩脉动。
事实上，意法半导体的L6470取得了多达128步的微步掌握。
这款数字电机掌握驱动器的核心是一个能够降低微掌握器资源占用率的数字运动引擎(DME)。
数字运动掌握引擎是由行为命令掌握，例如，肯定位置恳求，并根据预设转速曲线边界驱动电机运动。
目录1 前言 ....................................................2 方案设计 (1)2．1任务 (1)2．3技术方案与论证 (1)3 电路设计3．1系统电路原理......................................................3．2主要元器件选择 ....................................................3．3单元电路设计 ...................................................... 4程序设计................................................4．1系统程序流程 ......................................................4．2系统程序设计 ...................................................... 5．系统仿真5．1 系统仿真5．2 系统仿真结果分析6 总结与体会 (22)参考文献资料 (23)第1章方案设计1.1设计任务1.1.1设计要求(1)用带中断行列式键盘作为数据和暂停等功能的输入(2)七段数码管显示当前步进电机的运行状态(3)采用集成芯片作为步进电机的驱动电路(4)使用PROTEUS软件对程序进行仿真和调试1.1.2设计任务(1)根据设计要求划分功能模块(2)编程实现模块要求(3)根据模块画出总电路图(4)画出模块程序流程图(5)编写整个源程序代码(6)PROTEUS仿真与调试1.2方案设计与论证1.2.1总体方案论证与比较方案一、采用AT89C51单片机作为整机的控制单元。
以AT89C51单片机为核心的控制电路，采用模块化的设计方案，使用行列式键盘作为数据的输入、数码管做数据的输出显示、以L298作为驱动控制步进电机，实现步进电机进行正转、反转、暂停、继续。
信息与电气工程学院课程设计说明书（2014 /2015 学年第 2 学期）课程名称：《单片机应用》课程设计题目：步进电机控制系统设计专学生姓名：学号：指导教师：设计周数： 2 周设计成绩：2015 年月日1系统分析及设计1.1 系统分析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，但步进电机并不能像普通的直流电机、交流电机在常规下使用。
步进电机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。
1.2 系统设计及设计方案设计要求：设计步进电机控制器硬件电路图，并使用相应的软件实现硬件和软件的仿真、调试。
实现功能如下：（1）控制步进电机实现正转和反转；设计方案：基于AT89C51单片机的步进电机控制及驱动电路设计。
整个系统可分为：AT89C51单片机系统控制器、驱动电路、按键输入模块及电源电路五大部分，本设计方案采用AT89C51单片机作为控制模块的核心，利用软件编程使单片机输出脉冲序列和方向控制信号，以此实现对步进电机启动停止、正反转的控制。
驱动电路部分由芯片L298N和必要的外围电路组成，单片机产生的信号经驱动电路使其功率放大，达到电机所需的驱动电压和电流由此驱动步进电机工作。
L298N电机驱动器使用说明书L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。
该芯片采用15脚封装。
主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；额定功率25W。
内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。
目录第一章步进电机控制系统设计........................................................................... - 1 -1.1 设计目的................................................................................................... - 1 -1.2 设计任务................................................................................................... - 1 -1.3 设计要求................................................................................................... - 1 -1.3.1 基本功能......................................................................................... - 1 - 第二章系统方案设计和工作原理....................................................................... - 2 -2.1 系统方案设计........................................................................................... - 2 -2.2 工作原理................................................................................................... - 2 - 第三章硬件电路设计........................................................................................... - 4 -3.1 驱动电路的设计....................................................................................... - 4 -3.1.1 脉冲分配器..................................................................................... - 5 -3.1.2 功率驱动单元................................................................................. - 5 -3.2 显示电路和控制按键............................................................................... - 5 - 第四章软件设计流程........................................................................................... - 6 -4.1 主程序设计............................................................................................... - 6 -4.2 调速程序设计........................................................................................... - 6 -4.2.1 电机的启动/停止控制 ................................................................... - 6 -4.2.2 电机正反转控制............................................................................. - 6 -4.2.3 电机加减速控制............................................................................. - 7 - 第五章系统仿真、调试结果及性能分析........................................................... - 8 -5.1 系统仿真................................................................................................... - 8 -5.2 调试结果................................................................................................. - 11 -5.3 性能分析................................................................................................. - 11 - 第六章实验心得................................................................................................. - 12 - 参考文献................................................................................................................. - 13 - 附录1 系统完整原理图...................................................................................... - 14 - 附录2 源程序...................................................................................................... - 15 -摘要步进伺服是一种用脉冲信号进行控制，并将脉冲信号转换成相应的角位移的控制系统。
步进电机控制系统浅析步进电机是一种控制简单、响应速度快、结构紧凑的电机，广泛应用于数控机床、印刷设备、医疗设备、自动售货机等许多场合。
步进电机控制系统是指对步进电机进行速度、位置、力矩等参数进行控制的系统，其稳定性和精度对整个设备的性能起着至关重要的作用。
本文将对步进电机控制系统进行一些浅析，包括其基本原理、控制方法及应用场景。
一、步进电机控制系统的基本原理步进电机控制系统的基本原理是通过对步进电机施加脉冲信号，从而驱动步进电机旋转一定角度。
步进电机是将输入的脉冲信号转化为机械位移的电机，通过控制脉冲的频率和脉冲的数量来实现控制电机的转速和位置。
步进电机的控制系统通常由脉冲发生器、驱动器和控制器三部分组成。
脉冲发生器用于产生指定频率和数量的脉冲信号，它通常由控制器进行控制，控制器会根据要求的转速和位置生成相应的脉冲信号。
驱动器则负责将脉冲信号转化为电机的相应动作，它可以控制电机的旋转方向、速度和制动。
控制器是整个系统的核心，它可以接收外部指令，根据指令生成相应的脉冲信号，实现对电机的精确控制。
二、步进电机控制系统的常用控制方法步进电机控制系统有多种控制方法，常见的包括开环控制、闭环控制和矢量控制。
开环控制是最简单的步进电机控制方法，它只需传递脉冲信号给驱动器，由驱动器控制电机转动，但开环控制无法保证电机的精确位置和速度，容易受到外部环境干扰，适用于一些对精度要求不高的场合。
闭环控制是通过反馈系统实时监测电机位置和速度，根据反馈信息调整脉冲信号，使电机的实际位置和速度与期望值保持一致。
闭环控制可以提高系统的稳定性和精度，但复杂度和成本也相应增加，适用于对精度要求较高的场合。
矢量控制是一种结合直流电机控制思想的步进电机控制方法，它利用矢量运算实现对步进电机的精确控制，能够实现电机的高速、高精度和高效率运行。
矢量控制可根据实际需要对电机进行强制转矩、恒转矩和临界转矩控制，适用于对控制精度和效率有较高要求的场合。
步进电机控制系统浅析导言步进电机是一种特殊的电动机，其具有精准的位置控制和简单的驱动电路构成。
因此步进电机在许多领域被广泛应用，包括机械臂、数控机床、3D打印等。
步进电机的控制系统是实现其精确定位和运动的关键，本文将对步进电机控制系统进行浅析。
一、步进电机原理步进电机是一种将电脉冲信号转换为轴向位移的装置，其工作原理主要有两种类型：单步模式和微步模式。
在单步模式下，步进电机每接收一个脉冲信号后，电机旋转一个固定的角度，这个固定的角度称为步距角。
通常情况下，步距角是由电机的物理结构决定的，不同类型的步进电机具有不同的步距角。
在微步模式下，步进电机接收到的脉冲信号会被分解成更小的步距角，从而实现更加精细的控制。
微步模式可以通过更加复杂的驱动电路来实现，通过改变驱动电流的大小和方向来实现步进电机的微步控制。
二、步进电机控制系统组成步进电机控制系统主要由电路驱动部分和控制算法部分组成。
1. 电路驱动部分步进电机的电路驱动部分主要包括功率放大器、脉冲信号发生器和步进电机。
功率放大器用于放大控制信号，驱动步进电机旋转。
脉冲信号发生器用于产生控制信号，控制步进电机的运动。
步进电机则接收控制信号，实现具体的转动动作。
2. 控制算法部分步进电机的控制算法部分主要包括位置控制算法和速度控制算法。
位置控制算法用于确定步进电机的具体位置，通常采用开环控制或者闭环控制来实现。
速度控制算法用于确定步进电机的运动速度，可以通过调整脉冲信号频率来实现。
三、步进电机控制系统工作原理步进电机的控制系统工作原理主要可以分为以下几个步骤：1. 确定目标位置在步进电机的控制系统中，首先需要确定步进电机需要转动到的目标位置。
这个目标位置可以通过控制算法部分来确定，通常可以通过编程或者传感器来实现。
2. 生成控制信号一旦确定了目标位置，控制算法部分就会开始生成相应的控制信号。
这些控制信号会传送到功率放大器和脉冲信号发生器，通过电路驱动部分传送到步进电机。
步进电机控制系统浅析
步进电机控制系统是一种常见的电机控制系统，常用于工业自动化、印刷设备、医疗设备等领域。
它通过精确控制电机的运动角度和速度，实现精准定位和运动控制。
步进电机具有以下特点：步进角度固定、响应时间短、精度高、输出力矩大、结构简单、使用寿命长等。
步进电机的控制原理是利用电流的正反向切换来控制电机转动的步进角度。
控制系统通常包括驱动电路、控制器和电源三部分。
驱动电路是步进电机控制系统的核心，它将控制信号转换为电机的信号，驱动电机旋转。
常用的驱动电路有两相步进电机驱动、三相步进电机驱动和四相步进电机驱动。
四相步进电机驱动最为常见。
驱动电路通常由晶体管或集成电路构成，可根据具体需求选择不同的驱动方式。
控制器是步进电机控制系统的核心，它接受控制信号，根据需要生成驱动电路所需的信号，并传递给驱动电路，控制电机转动。
控制器可以由单片机、PLC、DSP等实现，单片机最为常用。
控制器根据接收到的控制信号，生成相应的驱动信号和脉冲信号，通过驱动电路控制电机的转动。
电源为步进电机提供工作电压和电流，是步进电机控制系统的重要组成部分。
电源需要根据步进电机的额定电压和电流进行选择，以保证系统正常工作。
电源通常包括直流电源和交流电源两种，根据具体需求选择不同类型的电源。
步进电机控制系统的优点是可以实现高精度、高可靠性的定位控制，适用于需要精确定位和运动控制的领域。
它简单可靠，使用寿命长，成本较低。
但也存在一些缺点，如控制器复杂性较高，对驱动电路要求较高，需要较高的控制精度。
步进电机控制系统的设计及应用案例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步进电机件。
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。
本文将为大家介绍步进电机控制系统的设计案例以及步进电机的经典应用集锦。
一种带有限位功能的步进电机控制器在基于图像处理评价函数的调焦系统中，常用的为爬山搜索法。
根据爬山搜索的原理，在开始搜索时，在搜索焦点的过程中，要防止由于图像噪声等干扰造成程序判断错误，导致调焦镜头越出调焦范围边界。
为了适应这种控制需求，对通用步进电机控制器进行了改进，使其在具有自动和手动控制功能的同时，引入限位信号反馈控制。
电机控制器使用硬件描述语言(HDL)编写，而限位信号则由位置感应电路中的光电开关器件自动反馈。
基于TMS320F28335的微位移步进电机控制系统设计本系统计划采用DSP控制步进电机推动轻装置移动实现测量装置的精准定位。
系统采用的主控制器为DSP28335，被控对象为最小步进角为1.8°的42步进电机，采用DSP输出PWM脉冲波通过电机驱动器摔制电机的运行。
系统根据具体控制要求改变对PWM参数的设置，并通过相关的算法对过程参数进行修正以完成系统目的。
电机控制系统的控制精度为线位移10μm，能够达到为实验室项目进行支持的目的，亦可广泛应用于电机控制领域。
基于CAN总线汽车组合仪表的设计与研究-步进电机驱动、存储电路设计及外围电路本系统步进电机VID29系列二相汽车仪表步进电机。
vID29-XX/VID29~xXp仪表步进电机是一种精密的步进电机，内置减速比180/1的齿轮系，主要应用于车辆的仪表指示盘，也可以用于其他仪器仪表装置中，将数字信号直接准确地转为模拟的显示输出，需要两路逻辑脉冲信号驱动。
步进电机控制系统浅析步进电机是由磁力作用产生旋转的一类电动机，相较于直流电机及交流电机，步进电机具有精度高、静止力矩大、转速稳定等特点，在现代工业生产中得到了广泛的应用。
本文主要介绍了步进电机控制系统的组成和工作原理。
1.组成部分步进电机控制系统由以下几部分组成。
(1)中央处理器(CPU)：负责处理电机运转的控制算法，并控制外设驱动器以实现电机的正反转、速度、位置控制等。
(2)电机驱动器：它是电机与控制系统之间的媒介，将中央处理器输出的控制信号转化成足够大的电流和电压，驱动步进电机运转。
(3)位置检测器：用于反馈电机的位置信息，使控制系统能够掌握电机当前位置，并进行相应的运动控制。
2.工作原理步进电机的控制原理非常简单，即让电机依次从一个固定位置加减一定角度，轮流进行，从而实现旋转。
这个固定角度，即为步距角，其大小通常为1.8度或0.9度，不同的角度代表功率不同。
主要有两种控制方式。
(1)开环控制：是通过预先设计好的脉冲信号驱动电机旋转，不考虑电机的位置问题，没有位置反馈装置。
这种方式的优点是结构简单，控制逻辑容易实现，但具有一定的缺陷，如运动误差大、定位不准确等问题，适用于较为简单的控制任务。
(2)闭环控制：是依靠位置检测器进行反馈，将电机的实时位置信息反馈到控制系统中，从而进行控制。
这种方式的优点是精度高、定位准确，但是控制逻辑相对复杂、成本略高。
在精度要求较高、控制任务复杂的情况下，使用闭环控制是明智之选。
总之，步进电机控制系统是由中央处理器、电机驱动器、位置检测器等部分构成，控制原理简单，主要有开环控制和闭环控制两种方式。
不同的控制方式能够满足不同的控制要求，应该根据具体情况进行选择。
