步进电机跟踪伺服系统的设计

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。

光电跟踪系统的伺服系统设计【摘要】：本设计采用技术成熟的混合步进电机和RS485总线技术，针对光电跟踪系统高速转台特点，设计位置、速度环控制算法，采用先进电机控制技术，实现全数字化控制，转台具有高速稳定、速度和定位精度高特点。

【关键词】：光电跟踪；步进电机；DSP；宽调速比1 引言伺服系统经历了从液压到机电，从模拟控制到数字控制，从集中式到分布式发展历程，这些发展使得伺服系统的稳定性、可靠性、安全性等各方面得到了很大的改进，现代控制技术已经应用于伺服控制系统的各个设计环节，本文以某光电跟踪系统转台伺服系统实现说明设计方法。

2 系统设计方案本伺服系统采用RS485总线和全数字闭环控制，由控制器、功率放大器、步进电机及减速器、位置、速度传感器、转台等组成。

伺服系统组成如图1所示。

由于跟踪平台对速度控制精度要求非常高，单纯依靠脉冲频率控制步进电机来实现平台速度存在一定风险，本文通过设计位置和速度双闭环控制，实现转台定位精度和速度精确控制功能。

3 系统各组成部分及工作原理系统主要由控制模块、驱动模块和位置速度检测模块和执行机构组成。

控制模块主要功能是控制状态运动，主控电路根据接收到终端控制命令进行解释，获取转台角度信息，将终端给定的目标角度与采集到转台实时角度进行比较运算处理，得到角度误差值，DSP通过运算输出控制信号经驱动芯片后输出控制电机旋转，电机旋转带动转台向目标角度方向运动，完成转台运动控制。

主控电路通过I/O口读取驱动芯片状态，将转台角度信息和驱动芯片工作状态数据综合处理后打包发送终端。

3.1 控制模块控制器核心为主控电路，控制核心采用TMS320F2812 DSP处理器，具有电机控制事件管理器模块，主控电路通过可编程逻辑器件实现数据总线和接口电路转换，大大节省外围器件数量。

3.2 功率驱动模块功率驱动模块主要由功率驱动芯片及外围电路组成，在DSP的信号控制下，输出步进电机控制信号，完成功率驱动功能。

南阳理工学院本科生毕业设计（论文）学院（系）：电子与电气工程学院专业：自动化学生：指导教师：完成日期 2012年 5 月南阳理工学院本科毕业设计（论文）伺服电机对异步电机速度跟踪实验装置设计—控制程序设计Design of Servo Motor For Asynchronous Motor Speed Strack—Design of Control Program总计： 23 页表格： 8 个插图： 16 幅南阳理工学院本科毕业设计（论文）伺服电机度对异步电机跟踪实验装置设计—控制程序设计Design of Servo Motor For Asynchronous Motor Speed Strack—Design of Program Control学院（系）：电子与电气工程学院专业：自动化学生姓名：学号： 1指导教师（职称）：）评阅教师：完成日期：南阳理工学院Nan yang Institute of Technology伺服电机对异步电机速度跟踪实验装置设计—控制程序设计自动化专业[摘要]本设计用台达变频器驱动异步电机，用旋转编码器测量电机转速，速度信号反馈给PLC，PLC驱动伺服电机跟踪异步电机转速，同时能实现用触摸屏做人机界面，使其能够通过触摸屏控制系统的的各个部件进行运转或停止，并且能通过触摸屏控制，来单独给定伺服驱动器一定的脉冲输出来控制伺服电机的转速，同时也能通过韩国奥托尼克斯生产的增量型旋转编码器的脉冲来测量变频器驱动的三相异步电动机转速。

并将脉冲输入到PLC的来控制伺服电机的转速，从达到实现伺服运动跟踪系统的设计要求。

[关键词]人机界面；变频器；编码器；可编程逻辑控制器；伺服驱动器；伺服电机Design of Servo Motor For Asynchronous Motor Speed Strack—Design of Program ControlAutomation Specialty Cao JunAbstract: The design of frequency converter with DELTA induction motor drive, with rotary encoder measuring the motor speed, speed signal feedback to PLC, PLC driven asynchronous motor servo motor tracking speed, and can realize do with touch screen man-machine interface, so it can through the touch screen control system of each parts in motion or stop, and through the touch screen control, to separate the given servo driver certain pulse output to control servo motor speed, at the same time also can through the South Korea autonicks production increment rotary encoder to measure the pulse frequency converter drive of the three-phase asynchronous motor speed. And to the input pulses PLC to control servo motor speed, from to reach servo movement tracking system design requirements.Key words: Human-computer interface ; inverter; rotary encoder ; programmable logic controller ; servo drive ;servo motor目录1 引言 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 研究的意义 (1)1.3 研究涉与国内外现状 (2)1.4 论文内容和主要任务 (3)2 控制系统的方案设计 (3)2.1 设计方案 (3)2.1.1 变频系统构成 (4)2.1.2 伺服控制系统 (5)2.1.3 PLC和人机界面控制系统 (6)2.2 实验台的设计规格 (7)3 系统设计过程中的问题和解决方案 (8)3.1 伺服驱动器出现报警 (8)3.2 伺服电机的转速达不到最大转速 (9)3.3 高速计数器不动做 (9)4 PLC控制系统程序设计 (10)4.1 程序流程图 (10)4.2 伺服电机正反转与段速程序设计实现 (11)4.3 伺服电机跟随功能的程序设计实现 (11)4.3.1 SPD模式程序设计实现 (11)4.3.2 高速计数器模式程序设计实现 (12)5 人机界面程序设计 (14)5.1 人机界面参数设定 (14)5.2 人机界面画面设计 (15)结束语 (19)参考文献 (20)附录 (21)致谢..................................................................................................... 错误!未定义书签。

第一章：直线移动机构模块的设计1．工作台的选择根据设计要求初选工作台为30030020mm⨯⨯，密度7.813/g mm，质量约为14Kg。

2．滚动导轨副的选择计算和校核滚动直线导轨副是在滑块与导轨之间放入适当的钢球，使滑块与导轨之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，大大降低二者之间的运动摩擦阻力，从而获得动、静摩擦力之差很小，随动性极好，即驱动信号与机械动作滞后的时间间隔极短，有益于提高数控系统的响应速度和灵敏度。

驱动功率大幅度下降，只相当于普通机械的十分之一。

与V型十字交叉滚子导轨相比，摩擦阻力可下降约40倍。

适应高速直线运动，其瞬时速度比滑动导轨提高约10倍。

能实现高定位精度和重复定位精度。

能实现无间隙运动，提高机械系统的运动刚度。

成对使用导轨副时，具有“误差均化效应”，从而降低基础件（导轨安装面）的加工精度要求，降低基础件的机械制造成本与难度。

导轨副滚道截面采用合理比值的圆弧沟槽，接触应力小，承接能力及刚度比平面与钢球点接触时大大提高，滚动摩擦力比双圆弧滚道有明显降低。

导轨采用表面硬化处理，使导轨具有良好的可校性；心部保持良好的机械性能。

简化了机械结构的设计和制造。

滑块可选用基本尺寸为30⨯，导轨副材料的选择为灰7080⨯铸铁HT200，因为它的耐磨性和减震性好，热稳定性好，容易铸造和切削加工，成本较低。

因设计任务要求，选用四块这样的滑块组成双排导轨，则总质量约为：kg kg 65.14=⨯。

2．1滚动体的尺寸和数目滚动体的直径越大，滚动摩擦系数就越小，摩擦阻力也就越小；滚动体的直径过小，不但摩擦阻力会加大，而且会产生滑动的现象。

因此在不受限制的情况下滚动体的直径越大越好，本次选择滚珠直径8mm ，查文献[3]式5-6有：d G 5.9≥Z其中，Z 为滚珠数目；G 运动部件的重力，单位N ；D 为滚珠直径，单位mm 则：8.585.9164=≥Z ，所以选每一导轨滑块上滚珠的数目为7。

2．2滚动导轨副的强度计算强度的判断条件是判别受力最大的那个滚动体上的载荷是否超过了许用载荷。

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。

目录第一章绪论 ........................................................................................... - 3 - §课题设计的目的和内容.......................................................... - 3 - §伺服系统的进展背景及意义................................................. - 3 - §直流伺服系统..................................................................... - 4 -§交流伺服系统..................................................................... - 4 -§交直流伺服系统的比较................................................... - 5 -§伺服系统的进展趋势 ....................................................... - 6 - 第二章步进电机与进给系统的设计............................................. - 10 - §步进电机的驱动与操纵........................................................ - 10 - §步进电机的选择 .............................................................. - 10 -§步进电机的驱动 .............................................................. - 11 -§步进电机操纵接口电路................................................. - 16 - §进给系统的设计计算 ............................................................ - 17 - §切削负载............................................................................ - 18 -§摩擦阻力............................................................................ - 18 -§等效传动惯量计算.......................................................... - 18 -§丝杠摩擦阻力矩的计算................................................. - 20 -§等效负载转矩................................................................... - 20 -§启动惯性阻力矩的计算................................................. - 21 -§步进电机输出轴上总负载转矩计算 .......................... - 21 - §2.3 步进电机的匹配选择....................................................... - 22 - §滚珠丝杠的校核 ..................................................................... - 22 - §承载能力的校核 .............................................................. - 23 -§2 压杆稳固性验算 ............................................................ - 23 -§刚度的验算 ....................................................................... - 24 - 第三章数控铣床的调试 ................................................................... - 26 - 总结....................................................................................................... - 28 - 参考文献 ................................................................................................ - 30 -第一章绪论一课题设计的目的和内容数控铣床是现代制造业中不可或缺的机械加工设备。

《伺服控制系统课程设计》指导书⾃动化与电⼦⼯程学院⼆零⼀⼋年⼗⽉⼀、伺服控制系统课程设计的意义、⽬标和程序 (3)⼆、伺服控制系统课程设计内容及要求 (5)三、考核⽅式和报告要求 (11)⼀、伺服控制系统课程设计的意义、⽬标和程序（⼀）伺服控制系统程设计的意义伺服控制系统课程设计是⾃动化专业⼈才培养计划的重要组成部分，是实现培养⽬标的重要教学环节，是⼈才培养质量的重要体现。

通过伺服控制系统课程设计，可以培养考⽣⽤所学基础课及专业课知识和相关技能，解决具体的⼯程问题的综合能⼒。

本次课程设计要求考⽣在指导教师的指导下，独⽴地完成伺服控制系统的设计和仿真，解决与之相关的问题，熟悉伺服控制系统中控制器设计与整定、电机建模和仿真和其他检测装置的选型以及⼯程实践中常⽤的设计⽅法，具有实践性、综合性强的显著特点。

因⽽对培养考⽣的综合素质、增强⼯程意识和创新能⼒具有⾮常重要的作⽤。

伺服控制系统课程设计是考⽣在课程学习结束后的实践性教学环节；是学习、深化、拓宽、综合所学知识的重要过程；是考⽣学习、研究与实践成果的全⾯总结；是考⽣综合素质与⼯程实践能⼒培养效果的全⾯检验；也是⾯向⼯程教育认证⼯作的重要评价内容。

（⼆）课程设计的⽬标课程设计基本教学⽬标是培养考⽣综合运⽤所学知识和技能，分析与解决⼯程实际问题，在实践中实现知识与能⼒的深化与升华，同时培养考⽣严肃认真的科学态度和严谨求实的⼯作作风。

使考⽣通过综合课程设计在具备⼯程师素质⽅⾯更快地得到提⾼。

对本次课程设计有以下⼏⽅⾯的要求:1.主要任务本次任务在教师指导下，独⽴完成给定的设计任务，考⽣在完成任务后应编写提交课程设计报告。

2.专业知识考⽣应在课程设计⼯作中，综合运⽤各种学科的理论知识与技能，分析和解决⼯程实际问题。

通过学习、研究和实践，使理论深化、知识拓宽、专业技能提⾼。

3.⼯作能⼒考⽣应学会依据课程设计课题任务进⾏资料搜集、调查研究、⽅案论证、掌握有关⼯程设计程序、⽅法和技术规范。

伺服电机设计方案1. 引言伺服电机是一种能够通过反馈信号来控制输出位置、速度或力矩的电机。

它广泛应用于机械、自动化、机器人等领域。

本文将介绍伺服电机的设计方案，从电机选型、控制系统设计以及应用注意事项等方面进行阐述。

2. 电机选型在进行伺服电机设计前，首先需要进行电机选型。

电机选型的关键是根据实际应用需求确定电机参数，例如额定功率、电压、转速范围等。

同时，还要考虑电机的尺寸、重量、使用环境和成本等因素。

常见的伺服电机类型包括直流伺服电机（DC Servo Motor）、步进伺服电机（Stepper Servo Motor）和交流伺服电机（AC Servo Motor）。

根据具体应用需求，选择合适的电机类型。

3. 控制系统设计伺服电机的控制系统设计是确保电机准确控制和稳定性的关键。

一个典型的伺服电机控制系统包括以下几个部分：3.1 反馈传感器反馈传感器用于感知电机的转动角度、速度和位置等信息，并将这些信息反馈给控制系统。

常用的反馈传感器包括编码器（Encoder）、霍尔传感器（Hall Sensor）和光电传感器（Photoelectric Sensor）。

选择合适的反馈传感器能够提高伺服电机的控制精度。

3.2 控制器控制器是伺服电机控制系统的核心部分，它负责接收来自反馈传感器的信号，并通过算法计算出反馈信号与设定值之间的误差，并产生控制信号输出给电机驱动器。

常见的控制器类型包括PID控制器、模糊控制器和自适应控制器。

选择合适的控制器能够保证伺服电机的稳定性和控制精度。

3.3 电机驱动器电机驱动器用于控制电机的运行，接收控制器发出的信号，并将其转换为合适的电流、电压或脉冲信号。

不同类型的伺服电机需要配备相应的电机驱动器。

在选购电机驱动器时，要考虑驱动器的功率范围、响应速度和保护功能等。

4. 应用注意事项设计伺服电机时，还需要注意以下几个方面：4.1 温度控制伺服电机在长时间运行中会产生热量，需要进行合理的散热设计，以避免过热对电机和控制系统的影响。

附一：封面**********学院毕业设计（论文）题目：步进电机控制系统设计专业：班级：姓名：学号：指导教师：2055 年 5 月 5 日附二：成绩评议表*************学院毕业设计（论文）成绩评议专业班级姓名学号题目步进电机控制系统设计指导教师评阅成绩评定：指导教师：年月日评阅教师意见评阅教师：年月日答辩小组意见答辩小组负责人：年月日中文摘要1、步进电机概述列出了步进电机的特点、技术参数和分类，并阐述了详细调速原理。

2、方案的论证确定了步进电机的控制方法、驱动方式、驱动电路以及基本方案。

3、硬件电路的设计对单片机、步进电机、驱动电路、显示电路与键盘、反馈电路进行了选择，并设计了电源电路、抗干扰及看门狗电路。

4、软件的设计对显示子程序、键盘子程序、驱动程序流程进行了设计，并绘制了正反转程序流程图。

5、总结关键词：步进电机　单片机　调速系统目录前言-----------------------------------------------05第一章步进电机概述---------------------------------061.1 步进电机的特点-----------------------------061.2 步进电机的技术参数-------------------------071.2.1步进电机的基本参数---------------------071.2.2步进电机动态指标及术语-----------------081.3步进电机的分类------------------------------101.4步进电机详细调速原理------------------------12第二章方案的论证-----------------------------------142.1控制方式的确定------------------------------142.2驱动方式的确定------------------------------162.3驱动电路的选择------------------------------172.4基本方案的确定------------------------------18第三章硬件电路的设计-------------------------------203.1单片机的选择--------------------------------203.1.1单片机的选择---------------------------203.1.2主要特性-------------------------------223.2步进电机的选择------------------------------233.2.1三相单三拍通电方式---------------------243.2.2三相双三拍通电方式---------------------253.3驱动电路的选择------------------------------293.4显示电路与键盘的选择------------------------313.5反馈电路的选择------------------------------34第四章软件的设计-----------------------------------374.1显示子程序的设计----------------------------374.2键盘子程序的设计----------------------------374.3驱动程序流程的设计--------------------------384.4正反转程序流程图----------------------------394.4.1正反转程序流程图----------------------394.4.2转速快慢程序流程图--------------------404.4.3定时中断流程图------------------------41五总结-------------------------------------------42前言第一章步进电机概述1.1步进电机的特点：1）一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。

步进电机控制系统设计目录1绪论 (3)1.1 步进电机概述 (3)1.2 步进电机的特征 (3)1.3 步进电机驱动系统概述 (4)1.4 课题研究的主要内容 (4)2步进电机驱动系统的方案论证 (5)2.1 步进电机驱动系统简介 (5)2.2 步进电机驱动器的特点 (5)2.3 混合式步进电机的驱动电路分类和性能比较 (6)2.3.1 双极性驱动器与单极性驱动器 (6)2.3.2 单电压驱动方式 (8)2.3.3 高低压驱动方式 (9)2.3.4 斩波恒流驱动 (10)2.4 方案的确定 (10)3混合式步进电动机驱动控制系统硬件设计 (11)3.1单片机最小系统 (11)3.2 红外遥控电路 (12)3.2.1 红外发射电路 (12)3.2.2 红外接收电路 (13)3.3 LCD显示电路 (14)3.4 双机通讯 (15)3.5 步进电机驱动部分 (16)3.5.1 单极性步进电机驱动 (16)3.5.2 双极性步进电机驱动 (18)3.6 电源电路 (18)4 软件设计 (19)4.1 主机LCD显示菜单程序 (19)4.2 双机通讯程序 (20)4.3 下位机步进电机驱动程序 (22)5 驱动器试验结果 (24)5.1 概述 (24)5.2 试验内容和结论 (24)总结 (26)参考文献 (27)1绪论1.1 步进电机概述步进电机是将电脉冲信号转换为角位移或线性运动的执行器。

它由步进电机及其动力驱动装置组成，形成开环定位运动系统。

当步进驱动器接收到脉冲信号时，它驱动步进电机以设定方向以固定角度（步进角度）旋转。

脉冲输入越多，电机旋转的角度越大;输入脉冲的频率越高，电机的速度越快。

因此，可以通过控制脉冲数来控制角位移，从而达到精确定位的目的;同时，通过控制脉冲频率可以控制电机转速，从而达到调速的目的。

根据自身结构，步进电机可分为三类：反应型（VR），永磁型（PM）和混合型（HB）。

混合式步进电机具有无功和永磁两种优点，应用越来越广泛。