控制步進(jìn)電機(jī)方向

1、控制步進(jìn)電機(jī)方向 一，實驗?zāi)康?1，熟悉步進(jìn)電機(jī)的工作原理和勵磁方式。 2，熟悉并靈活應(yīng)用常用的IO口。 3，了解驅(qū)動芯片ULH2003A的使用。 二，實驗器材: LPC2138一片，四相步進(jìn)電機(jī)一個，10千歐電阻兩個，5V電源，3.3V電源。 三，實驗要求： 按下按鍵一控制電機(jī)正轉(zhuǎn) 按下按鍵二控制電機(jī)反轉(zhuǎn)四，預(yù)備知識1，ULN2003A簡介（高耐壓，大電流，有7個硅NPN達(dá)林頓管組成的驅(qū)動芯片）基本參數(shù)基本參數(shù)模塊配置:7 NPN 電壓, Vceo:50V 集電極直流電流:500mA 直流電流增益hFE:1000 工作溫度范圍:-20C to +85C 封裝類型:PDIP 引腳數(shù):16 封裝

2、類型:DIP 晶體管數(shù):7 表面安裝器件:通孔安裝器件標(biāo)號:2003 最大連續(xù)電流, Ic:500mA 芯片標(biāo)號:2003 輸入電壓最大:30V 輸入類型:5V TTL CMOS 輸出電壓最大:50V 輸出電流最大:0.6A 通道數(shù):7 邏輯功能號:2003 可見ULN2003A依靠的是達(dá)林頓管的放大作用 2，步進(jìn)電機(jī)一、步進(jìn)電機(jī)簡介一、步進(jìn)電機(jī)簡介 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。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的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個脈沖信號，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差

3、而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡單。二、步進(jìn)電機(jī)的分類二、步進(jìn)電機(jī)的分類 1、應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR） 2、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM） 3、混合式步進(jìn)電機(jī)（HB） 4、單相式步進(jìn)電機(jī)三、步進(jìn)電機(jī)的一些基本參數(shù)三、步進(jìn)電機(jī)的一些基本參數(shù) 1、步距角 表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進(jìn)脈沖信號，電機(jī)所轉(zhuǎn)動的角度。真正的步距角和驅(qū)動器有關(guān)。 2、步進(jìn)電機(jī)的相數(shù) 是指電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不同 3保持轉(zhuǎn)矩 是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動時，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。 四、步進(jìn)電機(jī)的特點四、步進(jìn)電機(jī)的特點 1 、輸出角與輸入

4、脈沖嚴(yán)格成正比，且在時間長同步。步進(jìn)電機(jī)的步距角不受各種干擾因素，如電壓的大小、電流的數(shù)值、波形的影響，轉(zhuǎn)子的速度主要取決與脈沖信號的頻率，總的位移量則取決與總脈沖數(shù)。 2 、步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向可以通過改變通電順序來改變。 3 、轉(zhuǎn)子慣量小，啟、停時間短。 4 、步進(jìn)電機(jī)具有自鎖能力，一旦停止輸入脈沖，只要維持繞組通電機(jī)就可以保持在該固定位置。 5、步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角有誤差、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定步數(shù)以后也會出現(xiàn)累計誤差，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)時間以后，其累積誤差為零，不會長期積累。 6、與計算機(jī)接口容易，維修方便，壽命長。步進(jìn)電機(jī)本身就是一個數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，能夠直接接受計算機(jī)的輸出的數(shù)字量。 7、能量效率低，存在失步

5、現(xiàn)象。五、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電源五、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電源 1、步進(jìn)電機(jī)應(yīng)由專用的驅(qū)動電源來供電，由驅(qū)動電源和步進(jìn)電機(jī)組成一套伺服裝置來驅(qū)動負(fù)載工作。 2、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電源，主要包括邊頻信號源、脈沖分配器和脈沖放大器等三個部分，如圖14所示。 六、感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)工作原理六、感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)工作原理 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)原理反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)原理 1、結(jié)構(gòu)： 電機(jī)轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒， 定子齒有三個勵磁繞阻，其幾 何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線 錯開。0、1/3、2/3, 2、旋轉(zhuǎn)： 如A相通電，B，C相不通電時，由于磁場作用，齒1與A對齊，（轉(zhuǎn)子不受任何力以下均同）。 如B相通電，A，C相不通電時，齒2應(yīng)與B

6、對齊，此時轉(zhuǎn)子向右移過1/3，此時齒3與C偏移為1/3，齒4與A偏移（-1/3）=2/3。 如C相通電，A，B相不通電，齒3應(yīng)與C對齊，此時轉(zhuǎn)子又向右移過1/3，此時 與A偏移為1/3對齊。 如A相通電，B，C相不通電，齒4與A對齊，轉(zhuǎn)子又向右移過1/3七、感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)七、感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī) 1、特點 (1)、應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)與傳統(tǒng)的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點，而定子激磁只需提供變化的磁場而不必提供磁材料工作點的耗能，因此該電機(jī)效率高，電流小，發(fā)熱低。 （2）、因永磁體的存在，該電機(jī)具有較強的反電勢，其自身阻尼作用比較好，使其在運轉(zhuǎn)過程中比較平穩(wěn)、噪音低、

7、低頻振動小。 2、分類 （1）、按相數(shù)可分為：二相電機(jī)、三相電機(jī)、四相電機(jī)、五相電機(jī)等。 （2）、按機(jī)座號（電機(jī)外徑）可分為：42BYG(BYG為感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)代號）、57BYG、86BYG、110BYG、（國際標(biāo)準(zhǔn)） 八、驅(qū)動控制系統(tǒng)組成八、驅(qū)動控制系統(tǒng)組成 使用、控制步進(jìn)電機(jī)必須由環(huán)形脈沖，功率放大等組成的控制系統(tǒng)，其方框圖如下： 1、脈沖信號的產(chǎn)生 脈沖信號一般由單片 機(jī)或CPU產(chǎn)生，一般脈沖 信號的占空比為0.3-0.4左 右，電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，占空 比則越大。 2、信號分配 應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)以二、四相電機(jī)為主，二相電機(jī)工作方式有二相四拍和二相八拍二種 。 3、功率放大 功率放大是驅(qū)動系統(tǒng)

8、最為重要的 部分。 步進(jìn)電機(jī)一經(jīng)定型，其性 能取決于電機(jī)的驅(qū)動電源。步進(jìn) 電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，力距越大則要求 電機(jī)的電流越大，驅(qū)動電源的電 壓越高。電壓對力矩影響如右： 4、細(xì)分驅(qū)動器九、步進(jìn)電機(jī)的選擇九、步進(jìn)電機(jī)的選擇 步進(jìn)電機(jī)有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進(jìn)電機(jī)的型號便確定下來了。 1、步距角的選擇 2、靜力矩的選擇 3、電流的選擇 綜上所述選擇電機(jī)一 般應(yīng)遵循以下步驟：步進(jìn)電機(jī)實驗機(jī)理和特點 步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu) 步進(jìn)電機(jī)的工作方式 這種工作方式，因三相繞組中每次只有一相通電，這種工作方式，因三相繞組中每次只有一相通電，而且，一個循環(huán)周期共包括三個脈沖，所以

9、稱三相而且，一個循環(huán)周期共包括三個脈沖，所以稱三相單三拍。單三拍。三相單三拍的特點：三相單三拍的特點：（1）每來一個電脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過）每來一個電脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過 30 。此角稱為。此角稱為步距角，用步距角，用 S表示。表示。（2）轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向取決于三相線圈通電的順序，）轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向取決于三相線圈通電的順序，改變通電順序即可改變轉(zhuǎn)向。改變通電順序即可改變轉(zhuǎn)向。二、三相單雙六拍二、三相單雙六拍三相繞組的通電順序為：三相繞組的通電順序為： AABBBCCCAA 共六拍。共六拍。工作過程：工作過程：A相通電，相通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子1 1、3 3齒和齒和A相對齊。相對齊。CABBCA3412所以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到兩磁

10、拉力平衡的位置上。相對所以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到兩磁拉力平衡的位置上。相對AA 通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了15。（1）BB 磁場對磁場對 2、4 齒有磁拉力，該拉力使齒有磁拉力，該拉力使 轉(zhuǎn)子順時針方向轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子順時針方向轉(zhuǎn)動。A、B相同時通電相同時通電（2）AA 磁場繼續(xù)對磁場繼續(xù)對1、3齒有拉力。齒有拉力。CABBCA3412總之，每個循環(huán)周期，有六種通電狀態(tài)，所以稱總之，每個循環(huán)周期，有六種通電狀態(tài)，所以稱為三相六拍，步距角為為三相六拍，步距角為15 。CABBCA3412B相通電，相通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子2、4齒和齒和B相對齊，又轉(zhuǎn)了相對齊，又轉(zhuǎn)了15 。三、三相雙三拍三、三相雙三拍三相繞組的通電順序為：

11、三相繞組的通電順序為： AB BC CA AB 共三拍。共三拍。AB通電通電CABBCA3412CABBCA3412BC通電通電以上三種工作方式，三相雙三拍和三相單雙六以上三種工作方式，三相雙三拍和三相單雙六拍較三相單三拍穩(wěn)定，因此較常采用。拍較三相單三拍穩(wěn)定，因此較常采用。工作方式為三相雙三工作方式為三相雙三拍時，每通入一個電拍時，每通入一個電脈沖，轉(zhuǎn)子也是轉(zhuǎn)脈沖，轉(zhuǎn)子也是轉(zhuǎn)30 ，即，即 S = 30 。CA通電通電CABBCA3412 本實驗采用單雙向六拍。 此外還有小步距步進(jìn)電機(jī)，這里不做介紹。十、步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用十、步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用 1.步進(jìn)電機(jī)主要用于一些有定位要求的場合。 例如：線切

12、割的工作臺拖動，植毛機(jī)工作臺（毛孔定位），包裝機(jī)（定長度）。一般涉及到定位的場合都用得到。 2.廣泛應(yīng)用于ATM機(jī)、噴繪機(jī)、刻字機(jī)、寫真機(jī)、噴涂設(shè)備、醫(yī)療儀器及設(shè)備、計算機(jī)外設(shè)及海量存儲設(shè)備、精密儀器、工業(yè)控制系統(tǒng)、辦公自動化、機(jī)器人等領(lǐng)域。 3.步進(jìn)電機(jī)在電腦繡花機(jī)等紡織機(jī)械設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用， 本實驗采用GPIO的P0.0，P0.1，P0.2，P0.3對應(yīng)的驅(qū)動（1-2相勵磁）如下： P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 對應(yīng)值 相序 0 0 1 0 02 B 0 1 1 0 06 BC 0 1 0 0 04 C 1 1 0 0 0C CD 1 0 0 0 08 D 1 0 0 1 09 DA 0 0 0 1 01 A 0 0 1 1 03 AB 五，實驗電路圖主程序文件#include C