两相步进电机驱动器设计.doc

课程设计
题目: 两相步进电机驱动器设计
学院: 机电工程学院
专业班级: 机械工程及自动化0902班
指导老师: 邱荣华
姓名: 黎平周
学号:
日期: 2013. 1. 3
目录
第1章绪论 1
引言 1
设计的目的和意义 2
国内外研究概况 2
第 2 章步进电机与驱动简介 4
步进电机介绍 4
步进电机的分类及相关参数 4
步进电机特征 7
8
9
9
步进电机驱动原理 10
10
第 3 章系统硬件设计 12
L298简介 12
电机驱动电路设计 13
第 4 章系统软件设计 15
第 5 章设计总结 17
参考文献 18
步进电机驱动器设计
第一章绪论
引言
步进电机作为执行元件,是机电一体化的关键产品之一,广泛应用在各种自动化控制系统中。它是用电脉冲信号进行控制,将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的微电动机,它最突出的优点是可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速,快速起停、正反转控制及制动等,并且用其组成的开环系统既简单、廉价,又非常可行,因此在打印机等办公自动化设备以及各种控制装置等众多领域有着极其广泛的应用。随着微电子和计算机技术的发展,步进电动机的需求量与日俱增,研制步进电机驱动器具有十分重要的意义。
虽然步进电动机已被广泛地应用,但步进电动机并不能象普通的直流电机,交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电动机却非易事,它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。比如目前的步进电动机驱动器接收的脉冲信号都是5V15mA,许多用户将PLC得脉冲信号直接输出,导致步进电动机的驱动器光耦烧毁。比如许多用户反应步进电动机转速太低,在我们技术人员沟通后,才发现用户没有设置加减速,甚至电流和细分的设置,电机的选型,接线的方式,都常常因为部分用户没有专业技术人员而不断出现故障。
设计的目的和意义
步进电动机是用电脉冲信号进行控制,将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的微电动机,它最突出的优点是可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速,快速起停、正反转控制及制动等,并且用其组成的开环系统既简单、廉价,又非常可行,因此在打印机等办公自动化设备以及各种控制装置等众多领域有着极其广泛的应用。随着微电子和计算机技术的发展,步进电动机的需求量与日俱增,研制步进电机驱动器及其控制系统具有十分重要的意义。
国内外研究概况
步进电机是国外发明的。中国在文化大革命中已经生产和应用,例如江苏、浙江、北京、南京、四川都生产,而且都在各行业使用,驱动电路所有半导体器件都是完全国产化的,当时是全分立元器件构成的逻辑运算电路,还有电容耦合输入的计数器,触发器,环形分配器。
国外在大功率的工业设备驱动上,目前基本不使用大扭矩步进电动机,因为从驱动电路的成本,效率,噪音,加速度,绝对速度,系统惯量与最大扭矩比来比较,比较不划算,还是用直流电动机,加电动机编码器整体技术和经济指标高。一些少数高级的应用,就用空心转杯电机,交流电机。
国外在小功率的场合,还使用步进电机,例如一些工业器材,工业生产装备,打印机,复印件,速印机,银行自动柜员机。国外用许多现代的手段将步进电机排挤出驱动应用,除了前面提到的旋转编码器,打印机还使用光电编码带或感应编码带配合直流电动机,实现闭环直线位移控制。
国内过去是用大力矩步进电动机实现机床数控,有实力的公司现在也采用交流电动机驱动数控机床,在驱动设备的主要差距,是国外对交流电动机的控制理论与工程分析和应用能力强,先进的控制理论作为软件,写在控制器内部。
总的来说,步进电机是一种简易的开环控制,对运用者的要求低,不适合在大功率的场合使用。
在卫星、雷达等应用场合,中国在文化大革命后期,就生产了力矩电机,就生产了环形力矩电机,在高品质的控制场合,有时还不能使用步进电机。步进电机的细分控制,在改革开放初期,国内就已经基本掌握,这与交流电动机的矢量控制相比,难度要低得多。
步进电机与驱动简介
步进电机介绍
步进电机的分类及相关参数
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,即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在,加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等