步进电机运动系统设计方案.doc

步进电机运动系统案设计
学院： 职业技术学院
专业： 09 机电一体化姓名： 乐治后
学号： 092103010013
指导老师 ：余德艳
设计时间： -
步进电机运动系统案设计
一、概述
随着工业水平的提高， 市场竞争的激烈， 人民需求的巨大变化， 各行各业对其自己产品质量的要求也更加格， 提高生产效率， 扩大产品原材料的来源， 降低生产成本也是生产厂家非常重视的面。 而生产效率的提高， 就必须在改进生产设备上来实现。 对于制造行业来说更是如此， 于是基于 P89C668 单片机的步进电动机运动控制系统的研发就成了本次毕业设计
的课题。
二、硬件的选型
本设计硬件选型包括步进电动机选型和 P89C668 单片机的选型， 现对它们的特点和功能分别描述如下。
（一）、步进电动机
1 、步进电动机简介
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。 随着微电子和计算机技术的发展， 步进电机的需求量与同俱增， 在各个国民经济领域都有应用。
步进电机又称电脉冲马达， 它是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。 其特点是： 转子的角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数及其频率成正比， 并在时间上与输入脉冲 同步，因此可以通过改变输入电脉冲的频率来实现调速： 由于其转轴的输出的角位移量与输 入的脉冲数成正比， 于是可以通过控制脉冲个数来控制步进电动机的角位移量。 步进电动机有利于装置或设备的小型化和低成本， 而且很容易用微机实现数字控制。 因此， 广泛应用于
众多的领域中并得以不断的发展，并实现机电一体化和自动化。
随着混合式步进电机的产生和应用， 其输出功率和力矩不断增加， 成本与价格却不断降低，为步进电机的推广应用打下了良好的基础。步进电动机的应用领域十分广泛，在机械、
冶金、电力、电子、仪表、轻工，以至医疗、印刷等行业都有使用。例如：计算机的外设、
办公自动化中的打印机、 传真机的送纸机构、 数控机床， 记数指示装置， 阀门控制， 纺织机， 等均有应用。一般都用在工作难度较高，工作条件较差，或要求速度快、精度高的场合。随
着大功率器件品质的提高，步进系统正在稳步进入普通功率甚至大功率的工业领域。
2 、步进电动机的特点
步进电动机具有转矩大，惯性小，响应频率高的优点。另外还有以下特点：
步进电机的工作状态不易受各种干扰因素 (如电源电压的波动、 电流的大小不波形的变化、温度动 )的影响，只要在他们的大小未引起步进电机产生“丢步”现象之前，就不影
响其正常工作；
步进电机的步距角有误差，转子转过一定步数以后也会出现累计误差，但转子转过 一转以后，其累计误差为“零” ，不会长期积累，因此输出的转角或位移精度高；
．控制性能好。在起动、停止、反转时不易“丢步” 。步进电动机通常不用反馈就能对位移或速度进行精确控制，因此被广泛应用于开环结构 (有时也在闭环机电控制系统中应用) 的机电一体化系统中，使系统简化，并可靠地获得较高的位置精度。
采用直接数字控制性能好。步进电机是根据脉冲个数决定旋转角度的，单片机只需
记住脉冲个数就能计算出电机的旋转角度， 从而计算出被控对象的行进距离。 省去了路程检测模块，从而简化了设计。
出于可以用数字信号直接控制， 因此很容易与微型机算计相连接实现机电一体化控制。 步进电机的特征：
优 点
缺 点
不需要反馈控制，电路简单
效率低
容易与微型机算计连接
容易引起失步
停止时有保持转矩
有时发生震荡现象
维护便，价格便宜
步进电动机具有白锁能力 (变磁阻式 )和保持转距 (永磁式 )。
步进电动机的动念 H 向应快，易于起停、证反转及变速。
速度可在相当宽的围平滑调节， 低速情况下仍能保证获得很大转矩， 因此一般利用不用减速器而直接驱动负载。 步进电动机只能通过脉冲电源供电才能运行， 它不能直接使用交流电源和直流电源。 步进电动机存在振荡和失步现象， 必须对控制系统和机械负载采取响应的 措施。
3 、步进电机的工作原理分析
步进电机主要是有定子和转子构成。 定子的主要结构是绕组， 三相、四相、五相步进电机分别有 3 个、 4 个、 5 个绕组，其他依此类推。绕组按一定的通电顺序工作，这个通电顺
序称为“相序” 。转子的主要结构是磁性转轴，当定子中的绕组在相序信号作用下有规律的
通电、 断电工作时， 转子围就会有一个按此规律变化的电磁场， 因此一个按规律变化的电磁力就会作用在转子上， 转子总是力图转动到磁