步進(jìn)電機(jī)原理及分析.docx

目錄隱藏 1步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介 2步進(jìn)電機(jī)分類 3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理 4步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式 5步進(jìn)電機(jī)的選型參數(shù) 6步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 7步進(jìn)電機(jī)控制小實(shí)驗(yàn)o 7.1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容簡(jiǎn)介o 7.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖o 7.3程序設(shè)計(jì)流程o 7.4程序代碼分析o 7.5實(shí)驗(yàn)操作及分析步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)分類永磁式其轉(zhuǎn)子使用永磁材料制成的，轉(zhuǎn)子本身就是一個(gè)磁源。它的輸出轉(zhuǎn)矩大，動(dòng)態(tài)性能好。轉(zhuǎn)子的極數(shù)與定子的極數(shù)相同，所以步距角一般較大。需供給正負(fù)脈沖信號(hào)。反應(yīng)式其轉(zhuǎn)子是由軟磁材料制成的，轉(zhuǎn)子中沒(méi)有繞組。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，步距角可以做的很小，但動(dòng)態(tài)性能較差。混合式綜合了反應(yīng)式和永磁式兩者的優(yōu)點(diǎn)，它的輸出轉(zhuǎn)矩大，動(dòng)態(tài)性能好，步距角小，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理通常電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過(guò)定子繞組時(shí)，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對(duì)磁場(chǎng)方向與定子的磁場(chǎng)方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場(chǎng)轉(zhuǎn)一個(gè)角度。下圖為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理示意圖：上圖中的步進(jìn)電機(jī)定子由兩組線圈組成，所以又稱為兩相四線步進(jìn)電機(jī)。圖中依次給X,Y,X,Y加正激勵(lì)，使其電機(jī)內(nèi)部的磁場(chǎng)進(jìn)行一個(gè)順時(shí)針的轉(zhuǎn)動(dòng)，然后帶動(dòng)轉(zhuǎn)子也進(jìn)行順時(shí)針?lè)较虻霓D(zhuǎn)動(dòng)。下圖是步進(jìn)電機(jī)逆時(shí)鐘轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)示意圖：步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式 全步 半步步進(jìn)電機(jī)的選型參數(shù)步進(jìn)電機(jī)選型的主要參數(shù)： 工作電壓：電機(jī)正常工作時(shí)，電源驅(qū)動(dòng)電壓 工作電流：電機(jī)正常工作時(shí)，電源驅(qū)動(dòng)電流 相數(shù)：電機(jī)中定子磁極的對(duì)數(shù) 步距角：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一次，最小的角度 保持轉(zhuǎn)矩：轉(zhuǎn)子不打滑時(shí)，最大輸出力矩步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流一般在幾百毫伏這個(gè)量級(jí)，直接使用單片機(jī)的I/O口，顯然是無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)的。一般步進(jìn)電機(jī)在驅(qū)動(dòng)的時(shí)候，都會(huì)加一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，可以使用三極管驅(qū)動(dòng)電路。但是由于一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，一般需要的驅(qū)動(dòng)路數(shù)較多，如28BYJ48這個(gè)四相步進(jìn)電機(jī)，至少需要4路驅(qū)動(dòng)，此時(shí)，電路設(shè)計(jì)時(shí)一般使用專門的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。常用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片有：ULN2003或ULN2803。Rumble開發(fā)板上使用的是ULN2003。關(guān)于ULN2003的介紹，參見(jiàn)硬件知識(shí)點(diǎn)中的ULN2003。ULN2003是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品，具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。ULN2003A由7組達(dá)林頓晶體管陣列和相應(yīng)的電阻網(wǎng)絡(luò)以及鉗位二極管網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，具有同時(shí)驅(qū)動(dòng)7組負(fù)載的能力，為單片雙極型大功率高速集成電路。Rumble開發(fā)板中步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)如下圖所示：步進(jìn)電機(jī)控制小實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容簡(jiǎn)介實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?掌握步進(jìn)電機(jī)的工作原理； 掌握步進(jìn)電機(jī)的使用方法；實(shí)驗(yàn)要求： 使用按鍵控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行； 加速、減速控制； 正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制；實(shí)驗(yàn)分析： 硬件部分： 按鍵使用Rumble開發(fā)板上的SW4(加速)、SW5(正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn))、SW6(減速) 步進(jìn)電機(jī)型號(hào)：28BYJ48 軟件部分： 使用定時(shí)器中斷來(lái)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖； 使用輪詢判斷按鍵輸入系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖500pxMedia:motot1sd.svg300px程序設(shè)計(jì)流程定時(shí)器中斷服務(wù)程序主程序設(shè)計(jì)流程程序代碼分析定時(shí)器中斷服務(wù)程序void timer0(void) interrupt 1TH0=(65536-T0_COUNT)/256;TL0=(65536-T0_COUNT)%256;timecount-;/timecount減到0，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一次if(timecount=0)/恢復(fù)變量標(biāo)志timecount=flag_time;/馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)*bus_addr=tab_motormotor_phase3;/LED指示*led_addr=tab_motormotor_phase2)flag_time-;/設(shè)定范圍/減速if(!SW6)delay100us(TIME_BDJ);while(!SW6);delay100us(TIME_BDJ);if(flag_time2)flag_time-;/設(shè)定范圍/減速if(!SW6)if(flag_time20)flag_time+;/正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)if(!SW5)flag_rotation=(flag_rotation+1)%2;void init()/MCUET0=1;EA=1;TR0=1;/MOTORbus_addr=MOTOR_ADDR;*bus_addr=0xff;timecount=flag_time;motor_phase=0;flag_rotation=1;/正轉(zhuǎn)/LEDled_addr=LED_ADDR;/T0TMOD=0x01;TH0=(65536-T0_COUNT)/256;TL0=(65536-T0_COUNT)%256;實(shí)驗(yàn)操作及分析使用STC_ISP將編譯生成的.hex文件下載到Rumble開發(fā)板中燒寫完成后，程序開始運(yùn)行，步進(jìn)電機(jī)以一定的速率開始運(yùn)行，同時(shí)LED燈（開發(fā)板上部）以