步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的分析及設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)開 題 報(bào) 告課 題 名 稱 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的分析及設(shè)計(jì) 院 系 機(jī)電與自動(dòng)化學(xué)院 專 業(yè) 班 20121131224 姓 名 楊杰 評(píng) 分 指 導(dǎo) 教 師 江衛(wèi)華 武 昌 首 義 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告撰寫要求1.開題報(bào)告的主要內(nèi)容1）課題設(shè)計(jì)的目的和意義；2）主要參考文獻(xiàn)綜述；3）課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容；4）設(shè)計(jì)方案；5）實(shí)施計(jì)劃。 6）主要參考文獻(xiàn)：不少于5篇，其中外文文獻(xiàn)不少于1篇。2撰寫開題報(bào)告時(shí)，所選課題的課題名稱不得多于25個(gè)漢字，課題研究份量要適當(dāng)， 研究?jī)?nèi)容中必須有自己的見解和觀點(diǎn)。3.開題報(bào)告的字?jǐn)?shù)不少于3000字（藝術(shù)類專業(yè)不少于2000字），其中，主要參考文獻(xiàn)綜

2、述字?jǐn)?shù)不得少于1000字，開題報(bào)告的格式按學(xué)校本科畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文撰寫規(guī)范的要求撰寫。4. 指導(dǎo)教師和責(zé)任單位必須審查簽字。5開題報(bào)告單獨(dú)裝訂，本附件為封面，后續(xù)表格請(qǐng)從網(wǎng)上下載并用A4紙打印后填寫。6. 此開題報(bào)告適用于全校各專業(yè)，部分特殊專業(yè)需要變更的，由所在院（系）在此基礎(chǔ)上提出調(diào)整方案，報(bào)學(xué)校審批后執(zhí)行。武昌首義學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告學(xué) 生 姓 名楊杰 學(xué) 號(hào)20121131224專業(yè)班級(jí)電氣1205班 院（系）機(jī)電與自動(dòng)化指導(dǎo)教師江衛(wèi)華職稱教授 課題名稱步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的分析及設(shè)計(jì) 1. 課題設(shè)計(jì)的目的和意義1.1 課程設(shè)計(jì)的目的 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)

3、器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)后，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。首先，通過(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；其次，通過(guò)控制脈沖頓率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到涮速的目的。 (1). 了解步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)電路工作原理； (2)根據(jù)所選用的步進(jìn)電機(jī)型號(hào)，設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路，根據(jù)電機(jī)的名牌參數(shù)，確定所選用驅(qū)動(dòng)芯片功率的大??； (3).驅(qū)動(dòng)電路為大功率器件，短路時(shí)易造成器件的損壞，為保護(hù)系統(tǒng)的安全，應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)線路； 2. 主要參考文獻(xiàn)綜述2.1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 步進(jìn)電機(jī)又稱脈沖電動(dòng)機(jī),是數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件,其功能是將脈沖電信號(hào)變換為相應(yīng)的角位移或直線位移!且其

4、輸出轉(zhuǎn)角#轉(zhuǎn)速與輸入脈沖個(gè)數(shù)頻率有著嚴(yán)格的同步關(guān)系 ,步進(jìn)電機(jī)由于其本身的特點(diǎn)在具 體的應(yīng)用中有利于裝置或設(shè)備的小型化和低成本,因而廣泛地應(yīng)用在眾多的領(lǐng)域中并得以不斷的發(fā)展.雖然步進(jìn)電機(jī)是一種數(shù)控元件,易于同數(shù)字電路接口,但是,一般數(shù)字電路的信號(hào)能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)!必須有一個(gè)與之匹配的驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī),步進(jìn)電機(jī)本體和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路兩者密不可分地組成步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)。多年來(lái),隨著電力電子技術(shù),自動(dòng)化控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展,步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)尤其是其中的驅(qū)動(dòng)電路部分也不斷地發(fā)展,國(guó)內(nèi)外圍繞步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路做了大量的研究與開發(fā)。2.2驅(qū)動(dòng)電源的發(fā)展及國(guó)內(nèi)研制概況 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源

5、同步進(jìn)電機(jī)本身是一個(gè)整體,其性能好壞直接影響步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)性能的優(yōu)劣,現(xiàn)主要從以下兩個(gè)方面對(duì)其發(fā)展及國(guó)內(nèi)研制概況進(jìn)行論述。電源功放級(jí)使用元件情況, 驅(qū)動(dòng)電源性能的好壞及可靠性,在很大程度上與末級(jí)功放所用的功率元件直接相關(guān)。最初使用的末級(jí)功放元件是可控硅,可控硅是一種脈沖觸發(fā)的開關(guān)器件,它突出的優(yōu)點(diǎn)是輸入功率小,輸出功率大,耐壓高#成本較低。在七十年代由于國(guó)內(nèi)大功率高低壓晶體管較少,所以用可控硅為功率器件的驅(qū)動(dòng)器曾一度占據(jù)主流。但是,可控硅雖然觸發(fā)簡(jiǎn)單,但關(guān)斷困難?？偟膩?lái)看線路復(fù)雜,容易形成誤觸發(fā),可靠性差,不便于調(diào)試和維護(hù),抗干擾能力不好!近年來(lái)隨著大功率晶體管的發(fā)展一般不再采用。晶體管具有控制

6、方便,調(diào)試容易,開關(guān)速度快以及元件損耗小等優(yōu)點(diǎn)!并且由于采用先進(jìn)的設(shè)計(jì),晶體管的開關(guān)特性和耐壓過(guò)流能力有了相當(dāng)大的改進(jìn)。因而近幾年國(guó)內(nèi)外絕大多數(shù)的驅(qū)動(dòng)電源使用晶體三極管作為末級(jí)功放元件。2.3存在的問(wèn)題及對(duì)策 高低壓驅(qū)動(dòng)電路在六十年代末出現(xiàn),是隨著對(duì)步進(jìn)電機(jī)要求大功率驅(qū)動(dòng)和高頻工作而出現(xiàn)的,這種電路主要是加大繞組電流的注入量以提高出力。而不是通過(guò)改善電路的時(shí)間常數(shù)來(lái)使矩頻性能得以提高,這種電路的特點(diǎn)是電流波形得到了很大改善,電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性很好,啟動(dòng)和運(yùn)行頻率得到很大的提高。由于繞組回路中的串接若干個(gè)較小的電阻,所以電源功耗較小,但由于電機(jī)旋轉(zhuǎn)反電勢(shì),相間互感等因素的影響,易使電流波形在高壓工作

7、結(jié)束和低壓工作開始的銜接處呈凹形,致使電機(jī)的輸出力矩有所下降。為了彌補(bǔ)高低壓驅(qū)動(dòng)電路的高,低壓電流波形在連接處為凹形的缺陷,提高輸出轉(zhuǎn)矩。七十年代中期研制出斬波電路,該電路由于采用斬波技術(shù),使繞組電流在額定值上下成鋸齒波形波動(dòng)。電流繞組的有效電流相應(yīng)的增加,故電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩增大,能基本上保持恒定,而且不需外接電阻。取樣電阻又很小,因此,整個(gè)系統(tǒng)的功耗非常小,電源效率較高,因而恒流斬波電路應(yīng)用相當(dāng)廣泛。細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路在七十年代中期由美國(guó)學(xué)者首次提出,它是建立在步進(jìn)電機(jī)的各相繞組理想對(duì)稱和距角特性嚴(yán)格正旋的基礎(chǔ)上的。它通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)各相繞組中電流的大小和比例,使步距角減小到原來(lái)的幾分之一至幾十分之一

8、。實(shí)際上,加工誤差致使細(xì)分后的步距角精度并不高,但是,細(xì)分驅(qū)動(dòng)能極大地改善步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性,提高勻速性,減輕甚至消除振蕩近。幾年來(lái),由于微處理機(jī)技術(shù)的發(fā)展,細(xì)分電路獲得了廣泛應(yīng)用。3. 課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容3.1 二相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 在數(shù)字電路中,大部分采用的是TTL電平5 , 但TTL電平產(chǎn)生的脈沖卻不足以使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),所以,需要設(shè)計(jì)一種驅(qū)動(dòng)電路對(duì)控制脈沖進(jìn)行環(huán)形分配、功率放大,步進(jìn)電機(jī)繞組按一定順序通電,使 電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí),還需要一個(gè)控制器,用來(lái)產(chǎn)生一組具有相應(yīng)時(shí)序和頻率的脈沖來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向和速度。步進(jìn)電機(jī)有了驅(qū)動(dòng)器和控制器后才可以正常工作。 通用的BYG系列二相步進(jìn)電機(jī)

9、一般都有6根引線,即六線式。二相六線式步進(jìn)電機(jī)雖然又稱為單極性步進(jìn)電機(jī),但實(shí)際上卻能同時(shí)使用單極性或雙極性驅(qū)動(dòng)電路。單極性或雙極性驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)都可采用一片可在線編程的單片機(jī)AT89S52作為控制器,由達(dá)林頓功率管組成的電路作為驅(qū)動(dòng)器。 步進(jìn)電機(jī)原理圖 4. 設(shè)計(jì)方案 單極性是指步進(jìn)電機(jī)線圈中電流的流動(dòng)方向是固定的,線圈中的電流只按一個(gè)方向流動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)的單極性驅(qū)動(dòng)電路是使用4個(gè)晶體管來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的2組相位,電路結(jié)構(gòu)如圖2所示?？梢?電路包含2組帶有中間抽頭的線圈,整個(gè)電機(jī)共有6條線與外界連接。2個(gè)繞組的中間抽頭Vdd1和Vdd2都接高電平VDD,然后根據(jù)其工作原理,再將電機(jī)其余4線的電平輪

10、流拉低,通電順序依次為BABA,且4個(gè)狀態(tài)按順序周而復(fù)始進(jìn)行變化時(shí),步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng);如果改變通電的順序,即當(dāng)通電順序 為ABAB,且4個(gè)狀態(tài)也按順序周而復(fù)始進(jìn) 行變化時(shí),步進(jìn)電機(jī)就逆向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),繞組線圈中的電流是依次按圖中標(biāo)明的方向流動(dòng)的,電流方向在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中不會(huì)改變。 因此,當(dāng)控制器AT89S52的引腳P1.3、P1.2、P1.1、P1.輸出的脈沖時(shí)序依次為0001001001001000時(shí),其脈沖經(jīng)過(guò)光耦隔離后,再通過(guò)達(dá)林 頓功率管實(shí)現(xiàn)功率放大,各個(gè)達(dá)林頓功率管輪流導(dǎo)通,產(chǎn)生相應(yīng)的通電時(shí)序,從而帶動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的正常轉(zhuǎn)動(dòng)。改變輸出的脈沖時(shí)序即可實(shí)現(xiàn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。5. 實(shí)施計(jì)劃 （1）

11、第七學(xué)期 第18-20周 查閱資料，翻譯外文資料，撰寫開題報(bào)告。 （2）第八學(xué)期 第 1 周 開題報(bào)告答辯。 （3）第八學(xué)期 第 2-7 周 深入擬定課程實(shí)施方案，進(jìn)行深入研究。 （4）第八學(xué)期 第 8-10周 撰寫并提交初稿，根據(jù)老師建議修改論文，定稿。 （5）第八學(xué)期 第 11 周 畢業(yè)論文格式審查，答辯資格審查。 （6）第八學(xué)期 第12-13周 答辯前專項(xiàng)檢查，畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文修改，完成答辯。6. 主要參考文獻(xiàn)（不少于5篇，其中外文文獻(xiàn)至少1篇）1 許建國(guó).電機(jī)與控制.武漢：武漢測(cè)繪科技大學(xué)出版社，2015， 2 孫鶴旭。交流步進(jìn)傳動(dòng)系統(tǒng)。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015；3 孫建忠，白風(fēng)仙

12、。特種電機(jī)及其控制。北京：中國(guó)水利水電出版社， 2015；4 陳堅(jiān)。電力電子學(xué)電力電子變換和控制技術(shù)。北京：高等學(xué)校出版 社，2014。5王宗培,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)展及建議J.微電機(jī),2014,37(4):4749.6 Manfred SchroederDormancy of the one-chip computer-restore to the throne in theoperation way and improve anti- interference ability，2014 指導(dǎo)教師意見 該生實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作充分，能手機(jī)比較詳實(shí)的中外參考文獻(xiàn)；進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和準(zhǔn)備工作，實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備充分，實(shí)