步进电机定位控制

步 进 电 机 控 制 目 的

1. 了解步进电机控制的基本原理。

2. 掌握步进电机转动编程方法。

一、实验内容

1、用74LS273挂接在数据总线上，输出控制脉冲，由UN2003驱动步进电机转动。

2、硬件线路原理图如图5－22。

3、 实验预备知识

步机电机驱动原理是通过对它每相线圈中的电流的顺序切换来使电机作步进式旋转。驱动电路由脉冲信号来控制，所以调节脉冲信号的频率便可改变步进电机的转速，用微电脑控制步进电机最适合。

二、连接方法

1、用五芯连接线将2个J1插座相连。

2、将CS－273 连到Y6。

三、 实验程序清单

见随机光盘，文件名为HBJMTO.ASM

四、实验步骤

1、按图5－22连好实验线路图。

2、运行实验程序，观察步进电机转动情况。

CODE SEGMENT

ASSUME CS:CODE

IOBPT EQU 0060H

START: JMP IOLED1

IOLED1:MOV DX,IOBPT

MOV AL,03H

OUT DX,AL

CALL DELAY

MOV AL,06H

OUT DX,AL

CALL DELAY

MOV AL,0CH

OUT DX,AL

CALL DELAY

MOV AL,09H

OUT DX,AL

CALL DELAY

JMP START

DELAY: MOV CX,08000H

DELA: LOOP DELA

RET

CODE ENDS END START

󰀀

— 1 — 步进电机的保持转矩和定位转矩

步进电机优势体现对于一些低功率应用、内在控制简单的场合，微电机及驱动器、高密度转矩步进系统构成了除伺服电机外可行的选择。步进是唯一可以在开环情况下运行，而不需位置反馈的运动控制方法。这使得步进电机系统比伺服运动系统简单得多，成本较低也增添了步进电机的吸引力。

再加上其它不断改进设计，如硬件小型化和高密度力矩，使得步进系统在很多要求较低速度和定位精度运动应用中保持着较强的竞争力。基于步进的运动系统可以达到0.75千瓦(1马力)的功率，但对大多数应用来说，都是在较低输出功率中运行的。

1、保持转距是指电机各相绕组通额定电流，且处于静态锁定状态时，电机所能输出的最大转距。是电机选型时最重要的参数之一。

2、定位转距是指电机各相绕组不通电且处于开路状态时，由于混合式电机转子上有永磁材料产生磁场，从而产生的转距。一般定位转距远小于保持转距。是否存在定位转距是混合式步进电机区别于反应式步进电机的重要标志。

步进电机的基本原理

步进电机的一般介绍：

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。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。

现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。

永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 或15度；

反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。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。

混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛，也是本次细分驱动方案所选用的步进电机。

步进电机的一些基本参数：

电机固有步距角：

它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值，如86BYG250A型电机给出的值为0.9°/1.8°（表示半步工作时为0.9°、整步工作时为1.8°），这个步距角可以称之为‘电机固有步距角’，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。

步进电机的相数：

是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为0.9°/1.8°、三相的为0.75°/1.5°、五相的为0.36°/0.72° 。在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器，则‘相数’将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。

步进电机对测量角度的定位与控制杨海光。等　

定位的控制。经试验证明，ｙ轴方向的控制与　轴的　原理相同　

数据通过ＲＳ－２３２接口异步串行进入ＦＰＧＡ。通过　ＦＰＧＡ内部逻辑运算和处理，将实际测量角度反馈给　

上位机进行实时监测。上位机下发定位角度，将角度　转换的脉冲数通过脉冲分配器输出；再经电机驱动芯　

片的功率放大后给到电机上，使电机旋转到设定的位　置，并在当前位置保持动态平衡。　

２硬件电路设计与工作原理　

２．１硬件设计　外部电源给传感器供电，供电电压为ｌ２　Ｖ。传感　器上电后下发倾角数据，通过串口逐位进入ＭＡＸ３２３２　

中。ＭＡＸ３２３２将１２　Ｖ的电平数据转化为５　Ｖ的电平　数据后串行进入ＦＰＧＡ。ＲＳ－２３２串口通信原理图如　图２所示。　

图２　ＲＳ－２３２串口通信原理图　Ｆｉｇ．２　Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ＲＳ一２３２　ｓｅｒｉａｌ　ｐｏｒｔ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　

通过对底层逻辑程序的编写，对串行进入ＦＰＧＡ　

内部的倾角数据进行采集、编码、计算，最终将倾角数　据转化为脉冲个数，并根据电机工作原理重新分配输　

出。ＦＰＧＡ将处理后的数据经ＵＬＮ２００３电机驱动芯片　输出给步进电机。　

驱动电路如图３所示。　

ＣＭ　０ＵＴ　ｏＵＴ　ｏＵＴ　ｏＵＴ　ｏＵＴ３　ｏＵＴ　０ＵＴ，　ＧＮＤ　ＩＮ７　Ｉ　ＩＮ６　ＩＮｓ‘　ＩＮ４　ｌ　ＩＮ３　ＩＮ２　ｌ　『『　

ＣＯＮｓ　ＵＬＮｌ　

图３驱动电路　

Ｆｉｇ．３　Ｄｒｉｖｉｎｇ　ｃｉｒｃｕｉｔ　

本设计选用的步进电机型号为２４ＢＹＪ４８＿５Ｖ，共有　

４对磁极即４相，５根线依次为红、橙（Ａ）、黄（Ｂ）、　

《自动化仪表》第３４卷第２期２０１３年２月　粉（Ｃ）、蓝（Ｄ）五种颜色。其中蓝线和黄线是一对，橙　线和粉线是一对，红线是这两组线圈抽头的公共线。　

蓝线和黄线、橙线和粉线接控制脉冲输出，所以只需要　４个输出接口。通过内部逻辑程序的管脚分配，选用　

的是驱动芯片的前４个管脚，输出管脚即ＯＵＴ　～　ＯＵＴ　。红线接十５　ｖ的直流电源。　２．２步进电机工作原理