基于PID控制的步进电机位置闭环控制系统设计

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基于STC89C51单片机步进电机控制系统的设计

作者：陈慧琴

来源：《山东工业技术》2016年第18期

摘 要：本文基于STC89C51单片机，设计了步进电机控制系统，系统分为STC89C51单片机最小系统、按键模块、显示模块、电机驱动模块以及步进电机等几个部分，通过编程实现了步进电机的正反转，加减速，启停控制以及运行状态LED状态显示功能。实验结果表明，

系统性能优于传统的步进电机控制器。

关键词：STC89C51单片机；步进电机；控制系统；设计

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.18.165

1 引言

步进电机是机电设备中最广泛使用的一种电机，又被称为脉冲电动机或者阶跃电动机，其工作原理是将电脉冲信号转变为角位移或线位移。每输入一个电脉冲，电机转动一个角度前进一步，其输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。在控制中，可以利用输入电脉冲的频率、数量和各相绕组的通电顺序来精确控制电机的启停、转速、转向和定位，几乎不受电压和环境温度等影响，误差小。随着单片机嵌入式系统的发展应用，基于单片机的步进电机控制系统在各个领域得到了广泛应用，比如线切割的工作台运动、ATM机、刻字机、工业控制系统等等，并且特别适合要求性能稳定、误差率低、响应迅速、运行时产生噪音小、具有较长的使用寿命以及能输出较大扭矩的应用场合。本文设计了基于STC89C51单片机的步进电机控制系统，具备价格低廉、结构简单、移植性好等特点，具有广泛的应用前景。

2 系统总体框架

本系统主要由STC89C51单片机最小系统、驱动电路模块、按键电路模块、数码管显示电路模块和步进电机等几个模块组成。本设计中步进电机功率和额定电流都较小，从经济性方面考虑，驱动芯片选用 ULN2003芯片，ULN2003芯片是一种高耐压、大电流、内部包含七个硅PNP达林顿管的驱动芯片。

２０１３年１月下　消费电子　Ｃｏｎｓｕｍｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｍａｇａｚｉｎｅ　计算机科学　

基于ＹＬ一２３６步进电机控制系统的设计　

王永贵　（皖江职业教育中心学校，安徽马鞍山２４３０００）　

摘要：通过ＹＬ－２３６实训设备完成步进电机定位系统，能够准确定位步进电机的位置。整个系统采用模块化设　计，结构简单、可靠，通过人机交互接口可实现各功能设置，操作简单，易于掌握。　关键词：步进电机；单片机；系统设计　中图分类号：ＴＰ２７１　文献标识码：Ａ文章编号：１６７４－７７１２（２０１３）０２－００４９－０２　

一、引言　单片机控制的步进电机广泛地应用于工业自动控制、数控机　

床、机器人、卫星天线定位系统以及各种可控机械工具等。随着　

经济的发展，步进电机的应用领域更加广阔，同时也对步进电机　

的运行性能提出了更高的要求。该文采用当前流行的ＡＴ８９Ｃ５１单　片机来控制步进电机，实现其正反转以及准确定位等功能。　

二、控制系统设计　（一）控制系统要求　１．系统设置四个按键（Ｓ１、ｓ２、ｓ３、Ｓ４）和三位数码显示，　

Ｓｌ和ｓ２的功能分别为位置设定加与减的控制；Ｓ３的功能是启动　

步进电机；Ｓ４的功能是步进电机复位归零；三位数码显示步进　电机的目的位置值。　，　

２．系统启动前先把步进电机的指示刻度手动归零，系统上　

电后，电机不转，数码显示“０００”。　

３．系统启动后可以按Ｓ１或Ｓ２按钮设置步进电机的目的位　

置（“０００”一“１６０”任意可调），按Ｓ３按钮启动步进电机，　使步进电机到达目的位置后停止。这时又可以设置步进电机的　目的位置，按ｓ３按钮使步进电机走到新的目的位置，也可按　

Ｓ４按钮，使步进电机复位归零。　

４．注：当电机运行时，按键不起作用，只有当电机停转时，　

才能控制按键。　

（二）系统软件设计的整体组成　

本系统选择Ｃ语言对单片机进行程序设计，用Ｃ语言编程，　编译速度快，有良好的可移植性，而且Ｃ语言有完善的模块程　序结构，能大大缩短开发周期，便于改进和扩充。　

tb6600闭环控制程序设计 -回复

tb6600闭环控制程序设计是指在工业自动化控制系统中使用tb6600驱动器来实现闭环控制的程序设计。tb6600是一种高性能的步进电机驱动器，常用于控制步进电机的转动。通过将tb6600与闭环控制系统相结合，可以实现对步进电机的精确控制和位置反馈。本文将一步一步介绍如何进行tb6600闭环控制程序设计，帮助读者了解这一过程的基本步骤和技术要点。

首先，我们需要准备好进行tb6600闭环控制的硬件设备。除了tb6600驱动器和步进电机外，还需要一个位置传感器来提供步进电机的位置反馈。常用的位置传感器包括编码器和霍尔传感器。我们需要将位置传感器与tb6600驱动器相连接，并确保传感器可以准确地检测步进电机的位置。

接下来，我们需要了解tb6600闭环控制的基本原理。tb6600闭环控制是一种反馈控制系统，通过不断地检测步进电机的位置并与目标位置进行比较，控制系统可以根据误差信号来调整步进电机的驱动信号，从而使步进电机准确地运动到目标位置。这种反馈控制系统可以大幅度提高步进电机的精度和稳定性。

在程序设计方面，我们可以使用一种简单、易于理解的方法来实现tb6600闭环控制。首先，我们需要编写一个主循环程序，用于不断检测反馈信号、计算误差并发送驱动信号。我们可以使用Arduino等平台来编写这个主循环程序。在主循环程序中，我们需要初始化tb6600驱动器，并配置驱动器的参数，如电流限制、加减速度等。

接下来，我们需要编写一个函数来读取步进电机的位置反馈信号。这可以通过读取位置传感器的数值来实现。在读取位置传感器数值的过程中，我们可以采用模拟或数字信号处理方法来滤除噪声，以保证得到准确的位置信息。

然后，我们需要编写一个函数来计算步进电机的误差信号。这可以通过将目标位置与当前位置进行比较来实现。我们可以使用PID控制算法来计算误差信号，并根据误差信号来调整步进电机的驱动信号。

关键词： 位置式PID PID

摘要：本文采用一种位置式PID控制器,并将此应用于交流伺服系统的控制中,设计了一种高精度的伺服控制系统，该控制器具有较完善的控制性能。仿真实验的结果表明,采用该位置式PID控制的系统能克服传统ID控制器的弊端。

摘要：本文采用一种位置式PID控制器,并将此应用于交流伺服系统的控制中,设计了一种高精度的伺服控制系统，该控制器具有较完善的控制性能。仿真实验的结果表明,采用该位置式PID控制的系统能克服传统ID控制器的弊端。通过调整PID控制参数，该系统具有响应速度快，超调小，较高的稳定精度,鲁棒性好，控制效果明显。

关键词：交流伺服；位置式PID； PID

80年代初，开始了交流伺服电机为执行元件的交流伺服控制系统的新时代，在交流伺服控制系统中，先出现了感应式交流伺服电机驱动系统，永磁交流伺服电动机的伺服系统，以与磁阻交流电动机等驱动系统。在上90年代初，又出现了具有直接驱动能力的各类直线伺服电动机与其驱动系统，揭开了交流直线伺服控制系统取代交流旋转伺服控制系统的序幕，其中以永磁交流伺服电动机驱动系统发展最快。

随着计算机技术、电子技术、电机磁性材料的不断发展，交流伺服控制逐渐成为工厂自动化领域中运动控制的主流[2]。随着现代交流调速技术的发展，出现了各种新型控制算法，如自适应控制、专家系统、智能控制等[3]。从理论方面分析，许多控制策略都能实现良好的电机动态、静态特性，但是由于算法本身的复杂性，而且对系统进行模型辨识比较麻烦，因此，在实际系统中实现困难。对于传统的PID调节器而言，位置式PID其最大的优点在于算法简单、参数易于整定、具有较强的鲁棒性，而且适应性强、可靠性高，这些特点使位置式PID控制器在工业控制领域得到了广泛的应用。

应用常规PID控制器不能达到理想的控制效果，而且在实际生产现场中，由于受到参数整定方法繁杂的困扰，常规PID控制器参数往往整定不良、性能欠佳，对运行的工况的适应性很差。此外，随着控制理论的发展，出现了各种分支，如专家系统、模糊逻辑、神经网络、灰色系统理论等，它们和传统的PID控制策略相结合又派生出各种新型的PID类控制器，[4]很多算法都大大改进了传统PID控制器的性能。