張秀輝+蘇娛

摘要：本課題探究單片機控制步進電機為核心的控制系統(tǒng)，能夠提高系統(tǒng)的性能。但是現(xiàn)有的系統(tǒng)控制系統(tǒng)做得相對復(fù)雜一些，從用戶的角度考來看還存在許多缺陷，用戶使用過程出現(xiàn)操作不方便，所以讓控制系統(tǒng)設(shè)備不夠人性化。同時各種技術(shù)界限太明顯，也就導(dǎo)致了彼此之間的相關(guān)性太少，和工程實踐有機結(jié)合的技術(shù)不好利用過來，出現(xiàn)脫節(jié)的現(xiàn)象。同時課題中探究了常用的驅(qū)動技術(shù)和單片機技術(shù)應(yīng)用，并且介紹了單片機為控制核心的系統(tǒng)設(shè)計理念，這里探究的是基于單片機的步進電機控制系統(tǒng)的性能分析和實現(xiàn)過程。

關(guān)鍵詞：步進電機；控制系統(tǒng)；單片機；驅(qū)動技術(shù)

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）12-0279-02

1步進電機概述

1.1反應(yīng)式步進電機原理

步進電機結(jié)構(gòu)差不多和普通電機一樣，如轉(zhuǎn)子、定子和反應(yīng)式步進電機的定子繞組電動機基本組件也有。一般來說，反應(yīng)式步進電機的工作原理是使用物理“磁通總是試圖使它通過磁阻最小的路徑”磁阻轉(zhuǎn)矩，一步一步由電動機可以出現(xiàn)。只是步進電機定子繞組可分為階段，每個階段的兩極，有許多牙齒，轉(zhuǎn)子軸上有很多齒。下面探究的步進電機旋轉(zhuǎn)的最關(guān)鍵因素是錯齒。

1.2四相步進電機

1.2.1四相步進電機結(jié)構(gòu)

本課題中探究的四相步進電機和普通電機一樣，轉(zhuǎn)子和定子繞線機的一些基本的步進電機也有反應(yīng)。四相步進電機定子繞組在這里是可以分為四個階段，這里說到的每個階段的極性，有許多牙齒，另外我們可以知道相同的轉(zhuǎn)子軸上都有非常多的齒。

1.3四相步進電機通電原理

1.3.1控制步進電機的速度

我們知道對于步進電機轉(zhuǎn)速直接相關(guān)于單片機輸出的具體脈沖頻率值，倘若想要改變步進電機的整個旋轉(zhuǎn)速度的大小，那么我們也是只需轉(zhuǎn)變這里的控制單片機輸出的具體脈沖頻率值。

1.3.2控制步進電機的轉(zhuǎn)向

本課題中探究的步進電機旋轉(zhuǎn)方向與內(nèi)部繞組電順序關(guān)系密切，因此，這里需要改變步進電機的整個轉(zhuǎn)動，那么只要改變每相繞組電先后的這樣順序。又或者是改變每相繞組電流的順序來掌握整個的步進電機的轉(zhuǎn)動過程。

2步進電機控制系統(tǒng)

2.1步進電機控制系統(tǒng)組成

步進電機控制系統(tǒng)是一個有機的完整的整體，由運動控制系統(tǒng)和操作控制系統(tǒng)組成。由操作系統(tǒng)完成把操作者的操作轉(zhuǎn)化為運動控制系統(tǒng)能接受的電信號，運動控制系統(tǒng)隨之作出反應(yīng)，完成規(guī)定動作。運動控制是一門有關(guān)如何對物體位置和速度進行控制的技術(shù)。典型的運動控制系統(tǒng)應(yīng)由三部分構(gòu)成：控制部分、驅(qū)動部分、執(zhí)行部分。

步進電機控制系統(tǒng)是一個有機的整體，整體是由運動控制系統(tǒng)和操作控制系統(tǒng)。由操作系統(tǒng)完成運營商的轉(zhuǎn)型為運動控制系統(tǒng)可以接受電信號，運動控制系統(tǒng)可以反應(yīng)，全套。運動控制是如何控制對象位置和速度的技術(shù)。典型的運動控制系統(tǒng)應(yīng)由三部分組成：控制部分、傳動部分、執(zhí)行部分。

2.2驅(qū)動控制系統(tǒng)組成

2.2.1脈沖信號分配

通常來說對于步進電機電子換向的整個控制來說，也即是脈沖信號的這樣一個分布。這里介紹的是軟件和硬件的方法通常比較多地被用于脈沖信號分布的整個過程中。

1）硬件法

一般來說，硬件方法指的是特殊的這樣一種脈沖分配裝置用于控制整個脈沖信號的分布，使之能夠很好地控制步進電機相序的這樣一個效果。例如我們知道的PMM8713，能夠很好地完成這個控制單片機輸出的脈沖信號，通過組合邏輯電路將其轉(zhuǎn)換成各相繞組，這里我們也就是利用電源信號的時序邏輯。通常來說我們特殊脈沖的這個分配器由觸發(fā)器組合的這樣一類邏輯電路，它的作用是：根據(jù)指令控制我們的這些信號，然后直接放大器按照一定的邏輯關(guān)系，按照一定的操作模式使得我們的這些步進電機運行起來。

課題中我們知道硬件方法和專用脈沖的這些分配器，一般來說單片機的使用會慢慢下降，并且我們單片機只產(chǎn)生一步脈沖，對于整個控制步進電機的速度和這里的具體轉(zhuǎn)向，另外這個脈沖的具體分配僅僅是通過我們的脈沖分配器PMM8713來最后實現(xiàn)的。由于我們的這個單片機的負擔(dān)也減少，因此，編寫的程序，會更容易。

2）軟件法

本課題中探究的軟件方法可以采用的方式編寫軟件程序，通常來說也是讓這個步電動機電流變換的整個順序按照順序原先完成的具體程序，利用我們的這個單片機工作I / 0接口驅(qū)動電路的方法來測量輸出的具體脈沖信號。在我們的生產(chǎn)過程中步進電機，這里的步進電機一般來說也是通過控制脈沖旋轉(zhuǎn)來完成這樣的整個過程，是因為它會需要非常多的這樣一個CPU時間，所以也就會導(dǎo)致在兩邊沖單片計算機。在這樣的情況下連接的單片機，會導(dǎo)致無法進行其他工作，這就是為什么軟件方法會受到一定的這個限制。

2.2.2脈沖信號的產(chǎn)生

一般需要控制步進電機脈沖信號由單片機負責(zé)來生成。本課題中探究的單片機脈沖信號的這個波形以及這里的振幅脈沖是一個常規(guī)的0到5 v，通常來說這里的發(fā)電功率和時間可以使用純延時程序來控制整個的軟件編程過程。

2.3單片機控制步進電機控制系統(tǒng)

本課題探究了驅(qū)動脈沖的具體分配方法，能夠通過我們的這個硬件盒子脈沖分配器。這里我們見利用脈沖分配器的這個特點，即已經(jīng)標準化并且能夠在我們的市場上購買，不過這里的整個成本相對來說也是比較高的。一般來說是可以通過單片機軟件驅(qū)動我們的這個步進電機，利用我們的這個編程的方式，同時還有自由在一定范圍的步進電機轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)前后的數(shù)量，等等，另外來說還能夠較為方便靈活地控制步進電機，從而較好地滿足我們這些不同用戶的這樣一些需求。本課題中探究的系統(tǒng)采用并行控制，是通過直接控制步進電機的這樣一個驅(qū)動電路。另外也是利用控制軟件，對我們的單片機有序的完成整個的繞組脈沖電流，從而達到一個能夠控制電機的這樣一個轉(zhuǎn)動，最后也就自然地實現(xiàn)數(shù)字角度的這樣一個轉(zhuǎn)換。

通常來說我們的步進電機控制使用的這樣一種軟件方法，也就是通過利用單片機來完成的，這樣的一個電路，能夠很好地降低整個的成本。并且可以采用單片機來控制步進電機控制方法。這里也是用軟件代替環(huán)形的這樣一種分配器，從而來實現(xiàn)步進電機的整個最佳的控制狀態(tài)。

2.4功率放大器

通常來說這個單片機的輸出脈沖電流太小，都是功率放大器電路的需要增加。所以說我們的驅(qū)動系統(tǒng)是比較關(guān)鍵的一個部分是我們的功率放大器。具體來看我們驅(qū)動步進電機旋轉(zhuǎn)是要放大脈沖信號的。通常來說平均電流和電機轉(zhuǎn)矩成正比的這樣一種關(guān)系，因此我們的電動機驅(qū)動系統(tǒng)盡可能克保證我們的額平均電流更大的這樣一個目標。高功率管或特殊驅(qū)動為核心的設(shè)備可用于控制電路。另外我們知道，可以依據(jù)不一樣的需求和不一樣的這個場合用不一樣的這個驅(qū)動模式。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1基礎(chǔ)實現(xiàn)方案軟件程序設(shè)計分析

步進電機的控制電路四相步進電機。本課題中為了使步進電機的整個負載能力更好，同時可以做到更加平穩(wěn)地運行，這里可以選擇拍的這樣一種驅(qū)動方式。所以在步進電機定子繞組在按照一定的順序依次通電的整個過程中，我們的轉(zhuǎn)子沿一定方向一步一步。四個階段電力秩序的八拍：第一階段線圈電，然后轉(zhuǎn)換成A，B兩相線圈加電，，獨自BC兩相線圈同時通電……

4結(jié)語

本課題探究的步進電機控制系統(tǒng)能夠?qū)㈦娮蛹夹g(shù)、驅(qū)動技術(shù)還有我們的單片機技術(shù)巧妙的關(guān)聯(lián)，不僅實質(zhì)性幫助我們整個控制系統(tǒng)工程實踐，同時好對當(dāng)前的這個高職教學(xué)有幫助。步進電機的固定角度的這個旋轉(zhuǎn)控制關(guān)鍵就是利用這個電脈沖信號控制相繞組從而來完成整個電流實現(xiàn)，和別的這些電動機相比較來看，我們的步進電機具有很多的這些優(yōu)勢，例如相對容易實現(xiàn)精確控制我們的系統(tǒng)，同時沒有積累誤差等等，所以說現(xiàn)在各種步進電機已經(jīng)漸漸得到了廣泛應(yīng)用。本課題探究的是單片機的步進電機控制系統(tǒng)，不僅適應(yīng)性比較強，而且使用起來非常簡單，同時性能也比較可靠。

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