基于單片機控制的步進電機調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目 錄 1.2步進電機的基本參數(shù)5 30基于單片機控制的步進電機調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計中文摘要:步進電機是將電脈沖信號轉(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，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進電機來控制變的非常的簡單。步進電機的調(diào)速一般是改變輸入步進電機的脈沖的頻率來實現(xiàn)步進電機的調(diào)速，因為步進電機每給一個脈沖就轉(zhuǎn)動一個固定的角度，這樣就可以通過控制步進電機的一個脈沖到下一個脈

2、沖的時間間隔來改變脈沖的頻率，延時的長短來具體控制步進角來改變電機的轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)步進電機的調(diào)速。在本設(shè)計方案中采用AT89C51型單片機內(nèi)部的定時器改變CP脈沖的頻率從而實現(xiàn)對步進電機的轉(zhuǎn)速進行控制，實現(xiàn)電機調(diào)速與正反轉(zhuǎn)的功能。關(guān)鍵詞： 步進電機， 單片機， 調(diào)速系統(tǒng)Abstract: Step-by-step electric motor is the ring opening gating element changing electricity pulse signal into angular displacement or line displacement. Under the

3、situation of must overload, the electric motor rotation rate , discontinuous location depend on pulse signal frequency and pulse number only , make free from being loaded with the effect changing ,but be that being added a pulse signal , the electric motor by electric motor is to have rotated a step

4、 spur angle. This gleam of the sexual relationships existence, adds step-by-step electric motor characteristics such as only having the cyclicity error but there being no accumulative error.Feasible simplicity controlling a field using step-by-step electric motor to come to control changeable extrao

5、rdinary in speed , location etc.Step-by-step electric motor speed regulation general be change import step-by-step electric motor pulse frequency come true step-by-step electric motor speed regulation, because of step-by-step electric motor every be given to a pulse right away rotate one fixed angle

6、, such right away not bad pass under the control of step-by-step electric motor a pulse arrive at next pulse period come to change pulse frequency,Come to control the speed regulation , realizing step-by-step electric motor thereby to come to change the electric motor rotation rate step-by-step angl

7、e concretely the deferred length. Frequency adopt the internal timer of AT89C51 type monolithic machine to change CP pulse in the design plan in realizes the speed regulation controlling , realizing an electric motor and the function that the positive and negative rotates being in progress to step-b

8、y-step electric motor rotation rate thereby.Key words:Step-by-step electric motor , monolithic machine , speed regulation system 前 言步進電機最早是在1920年由英國人所開發(fā)。1950年后期晶體管的發(fā)明也逐漸應(yīng)用在步進電機上，這對于數(shù)字化的控制變得更為容易。以后經(jīng)過不斷改良，使得今日步進電機已廣泛運用在需要高定位精度、高分解性能、高響應(yīng)性、信賴性等靈活控制性高的機械系統(tǒng)中。在生產(chǎn)過程中要求自動化、省人力、效率高的機器中，我們很容易發(fā)現(xiàn)步進電機的蹤跡，尤其以重視速度、

9、位置控制、需要精確操作各項指令動作的靈活控制性場合步進電機用得最多。步進電機作為執(zhí)行元件，是機電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一, 廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，步進電機的需求量與日俱增，在各個國民經(jīng)濟領(lǐng)域都有應(yīng)用。步進電機是將電脈沖信號變換成角位移或直線位移的執(zhí)行部件。步進電機可以直接用數(shù)字信號驅(qū)動，使用非常方便。一般電動機都是連續(xù)轉(zhuǎn)動的，而步進電動機則有定位和運轉(zhuǎn)兩種基本狀態(tài)，當(dāng)有脈沖輸入時步進電動機一步一步地轉(zhuǎn)動，每給它一個脈沖信號，它就轉(zhuǎn)過一定的角度。步進電動機的角位移量和輸入脈沖的個數(shù)嚴(yán)格成正比，在時間上與輸入脈沖同步，因此只要控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率及電動機繞組

10、通電的相序，便可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動方向。在沒有脈沖輸入時，在繞組電源的激勵下氣隙磁場能使轉(zhuǎn)子保持原有位置處于定位狀態(tài)。因此非常適合于單片機控制。步進電機還具有快速啟動、精確步進和定位等特點，因而在數(shù)控機床，繪圖儀，打印機以及光學(xué)儀器中得到廣泛的應(yīng)用。步進電動機已成為除直流電動機和交流電動機以外的第三類電動機。傳統(tǒng)電動機作為機電能量轉(zhuǎn)換裝置，在人類的生產(chǎn)和生活進入電氣化過程中起著關(guān)鍵的作用。步進電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差(精度為100%)的特點，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制?，F(xiàn)在比較常用的步進電機包括反應(yīng)式步進電機（VR）、永磁式步進電機（PM）、混合式步進電機（HB

11、）和單相式步進電機等。永磁式步進電機一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為7.5度 或15度；反應(yīng)式步進電機一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩?；旌鲜讲竭M電機是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為1.8度而五相步進角一般為 0.72度。這種步進電機的應(yīng)用最為廣泛，也是本次細(xì)分驅(qū)動方案所選用的步進電機。第1章 步進電機概述1.1步進電機的特點：1） 一般步進電機的精度為步進角的3-5%，且不累積。2） 步進電機外表允許的溫度高。步進電機溫度過高

12、首先會使電機的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機磁性材料的退磁點；一般來講，磁性材料的退磁點都在攝氏130度以上，有的甚至高達攝氏200度以上，所以步進電機外表溫度在攝氏80-90度完全正常。3）步進電機的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當(dāng)步進電機轉(zhuǎn)動時，電機各相繞組的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，電機隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。4）步進電機低速時可以正常運轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲。步進電機有一個技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果

13、脈沖頻率高于該值，電機不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動頻率應(yīng)更低。如果要使電機達到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。 1.2步進電機的工作原理： 步進電機是一種用電脈沖進行控制 ,將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相位移的電機 ,其機械位移和轉(zhuǎn)速分別與輸入電機繞組的脈沖個數(shù)和脈沖頻率成正比 ,每一個脈沖信號可使步進電機旋轉(zhuǎn)一個固定的角度.脈沖的數(shù)量決定了旋轉(zhuǎn)的總角度 ,脈沖的頻率決定了電機運轉(zhuǎn)的速度.當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固

14、定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。1.3步進電機的技術(shù)參數(shù)： 1.3.1步進電機的基本參數(shù)1) 空載啟動頻率: 即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動頻率更低。如果要使電機達到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動頻率較低，然后一定加速度升到所希望的高頻（電機轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。2) 電機固有步距角： 它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖信號，電機所轉(zhuǎn)動的角度。電機出廠時給出 了一個步

15、距角的值，如86BYG250A型電機給出的值為0.9°/1.8°（表示半步工作 時為0.9°、整步工作時為1.8°），這個步距角可以稱之為電機 固有步距角， 它不一定是電機實際工作時的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動器有關(guān)。3) 步進電機的相數(shù)： 是指電機內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進電機。 電機相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機的步距角為0.9°/1.8°、三相的 為0.75°/1.5°、五相的為0.36°/0.72°。在沒有細(xì)分驅(qū)動器時，用戶主要靠選 擇不同相數(shù)的步

16、進電機來滿足自己步距角的要求。如果使用細(xì)分驅(qū)動器，則相數(shù) 將變得沒有意義，用戶只需在驅(qū)動器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角。4) 保持轉(zhuǎn)矩（HOLDING TORQUE）： 是指步進電機通電但沒有轉(zhuǎn)動時，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進電機最重要 的參數(shù)之一，通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進電機的輸出力 矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成 為了衡量步進電機最重要的參數(shù)之一。比如，當(dāng)人們說2N.m的步進電機，在沒有 特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進電機。1.3.2步進電機動態(tài)指標(biāo)及術(shù)語：1) 步距角精度： 步進電機每轉(zhuǎn)過一個步距角的實際

17、值與理論值的誤差。用百分表示：誤差/步距 角*100%。不同運行拍數(shù)其值不同， 四拍運行時應(yīng)在5%之內(nèi)，八拍運行時應(yīng)在15% 以內(nèi)。 2) 失步： 電機運轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。 3) 失調(diào)角： 轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機運轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的 誤差，采用細(xì)分驅(qū)動是不能解決的。 4) 最大空載起動頻率： 電機在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起 動的最大頻率。 5) 最大空載的運行頻率： 電機在某種驅(qū)動形式，電壓及額定電流下，電機不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。 6) 運行矩頻特性： 電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關(guān)

18、系的曲線稱為運行矩特 性，這是電機諸多動態(tài)曲線中最重要的，也是電機選擇的根本依據(jù)。 如下 圖1-1所示：圖1-1 力矩頻率曲線7) 電機的共振點：  步進電機均有固定的共振區(qū)域，二、四相感應(yīng)子式步進電機的共振區(qū)一般在180-250pps之間（步距角1.8度）或在400pps左右（步距角為0.9度），電機驅(qū)動電壓越高，電機電流越大，負(fù)載越輕，電機體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然，為使電機輸出電矩大，不失步和整個系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點均應(yīng)偏移共振區(qū)較多。 其它特性還有慣頻特性、起動頻率特性等。電機一旦選定，電機的靜力矩確定而動態(tài)力矩卻不然，電機的動態(tài)力矩取決于電機運行時的平均電流

19、（而非靜態(tài)流）平均電流越大，電機輸出力矩越大，即電機的頻率特性越硬。如下圖1-2所示：圖1-2 力矩頻率特性曲線其中，曲線3電流最大、或電壓最高;曲線1電流最小、或電壓最低，曲線與負(fù)載的交點為負(fù)載的最大速度點。要使平均電流大，盡可能提高驅(qū)動電壓，使采用小電感大電流的電機。 1.4步進電機的分類 1.4.1 步進電機分為三大類 ： 1)反應(yīng)式步進電機（VAriABle ReluCtAnCe，簡稱 VR）反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)子是由軟磁材料制成的，轉(zhuǎn)子中沒有繞組。它的結(jié)構(gòu)簡單，成本距角可以做得很小，但動態(tài)性能較差。反應(yīng)式步進電機有單段式和多段式兩種類型。 2)永磁式步進電機（PermAnen

20、t MAgnet），簡稱 PM永磁式步進電機的轉(zhuǎn)子是用永磁材料制成的，轉(zhuǎn)子本身就是一個磁源。轉(zhuǎn)子的極數(shù)和定子的極數(shù)相同，所以一般步進角比較大，它輸出轉(zhuǎn)矩大，動態(tài)性能好，消耗功率?。ㄏ啾确磻?yīng)式），但啟動運行頻率較低，還需要正負(fù)脈沖供電。 3)混合式步進電機（HyBrid，簡稱 HB） 混合式步進電機綜合了反應(yīng)式和永磁式兩者的優(yōu)點。混合式與傳統(tǒng)的反應(yīng)式相比，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，因此該電機效率高，電流小，發(fā)熱低 。因永磁體的存在，該電機具有較強的反電勢，其自身阻尼作用比較好，使其在運轉(zhuǎn)過程中比較平穩(wěn)、噪聲低、低頻振動

21、小。這種電動機最初是作為一種低速驅(qū)動用的交流同步機設(shè)計的，后來發(fā)現(xiàn)如果各相繞組通以脈沖電流，這種電動機也能做步進增量運動。由于能夠開環(huán)運行以及控制系統(tǒng)比較簡單，因此這種電機在工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用 。 1.4.2步進電機的內(nèi)外結(jié)構(gòu) 步進電機轉(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,（相鄰兩轉(zhuǎn)子齒軸線間的距離為齒距以表示），即A與齒1相對齊，B與齒2向右錯開1/3，C與齒3向右錯開2/3，A'與齒5相對齊，（A'就是A，齒5就是齒1）下面是定轉(zhuǎn)子的展開如圖1-3所示：圖1-3 定子展開圖 電動機定子鐵心和一般電機一樣由硅

22、鋼片疊成，鐵心內(nèi)孔表面有開口槽。轉(zhuǎn)子裝有一個軸向磁化永磁體用以產(chǎn)生一個單向磁場。永磁體產(chǎn)生的磁通，在每一個氣隙圓周上都是單方向通過氣隙的，這時作用在氣隙中的磁勢是同極性的，稱為單極磁勢。而轉(zhuǎn)子包括兩段，一段經(jīng)永磁體磁化成N 極，另一段磁化為S 極，每段轉(zhuǎn)子齒以一個齒距間隔均勻分布，但兩段轉(zhuǎn)子的齒相互錯開1/2 個轉(zhuǎn)子齒距。A) N 極段截面圖 B) S 極段截面圖如圖1-4所示:A) N 極段截面圖 B) S 極段截面圖 圖1-4 三相混合式步進電機截面圖1.5 步進電機詳細(xì)調(diào)速原理：步進電機的調(diào)速一般是改變輸入步進電機的脈沖的頻率來實現(xiàn)步進電機的調(diào)速，因為步進電機每給一個脈沖就轉(zhuǎn)動一個固定的

23、角度，這樣就可以通過控制步進電機的一個脈沖到下一個脈沖的時間間隔來改變脈沖的頻率，延時的長短來具體控制步進角來改變電機的轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)步進電的調(diào)速。具體的延時時間可以通過軟件來實現(xiàn)。這就需要采用單片機對步進電機進行加減速控制,實際上就是改變輸出脈沖的時間間隔,單片機控制步進電機加減法運轉(zhuǎn)可實現(xiàn)的方法有軟件和硬件兩種 ,軟件方法指的是依靠延時程序來改變脈沖輸出的頻率,其中延時的長短是動態(tài)的,軟件法在電機控制中, 要不停地產(chǎn)生控制脈沖, 占用了大量的CPU 時間,使單片機無法同時進行其他工作;硬件方法是依靠單片機內(nèi)部的定時器來實現(xiàn)的,在每次進入定時中斷后,改變定時常數(shù),從而升速時使脈沖頻率逐漸增大

24、,減速時使脈沖頻率逐漸減小,這種方法占用CPU 時間較少,在各種單片機中都能實現(xiàn),是一種比較實用的調(diào)速方法。第2章本次設(shè)計的基本要求 研究步進電機的特性、工作原理、及其具體的調(diào)速原理。2.1基本要求 步進電機采用三相步進電機，功率為1W。調(diào)速范圍為0到1000r/min最高轉(zhuǎn)速時，精度2%要基本上完成畢業(yè)設(shè)計，作到步進電機能精確的調(diào)速，正反轉(zhuǎn)、并能在起動時不失步，基本上沒有振蕩，能完成完整的硬件電路圖，軟件設(shè)計。第3章 方案的論證 3.1 控制方式的確定步進電機控制雖然是一個比較精確的，步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)具有成本低、簡單、控制方便等優(yōu)點，在采用單片機的步進電機開環(huán)系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)的CP脈沖的

25、頻率或者換向周期實際上就是控制步進電機的運行速度。系統(tǒng)可用兩種辦法實現(xiàn)步進電機的速度控制。一種是延時，一種是定時。延時方法是在每次換向之后調(diào)用一個延時子程序，待延時結(jié)束后再次執(zhí)行換向，這樣周而復(fù)始就可發(fā)出一定頻率的CP脈沖或換向周期。延時子程序的延時時間與換向程序所用的時間和，就是CP脈沖的周期，該方法簡單，占用資源少，全部由軟件實現(xiàn)，調(diào)用不同的子程序可以實現(xiàn)不同速度的運行。但占用CPU時間長，不能在運行時處理其他工作。因此只適合較簡單的控制過程。定時方法是利用單片機系統(tǒng)中的定時器定時功能產(chǎn)生任意周期的定時信號，從而可方便的控制系統(tǒng)輸出CP脈沖的周期。當(dāng)定時器啟動后，定時器從裝載的初值開始對系

26、統(tǒng)及其周期進行加計數(shù)，當(dāng)定時器溢出時，定時器產(chǎn)生中斷，系統(tǒng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行定時中斷子程序。將電機換向子程序放在定時中斷服務(wù)程序中，定時中斷一次，電機換向一次，從而實現(xiàn)電機的速度控制。由于從定時器裝載完重新啟動開始至定時器申請中斷止，有一定的時間間隔，造成定時時間增加，為了減少這種定時誤差，實現(xiàn)精確定時，要對重裝的計數(shù)初值作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。調(diào)整的重裝初值主要考慮兩個因素一是中斷響應(yīng)所需的時間。二是重裝初值指令所占用的時間，包括在重裝初值前中斷服務(wù)程序重的其他指令因。綜合這兩個因素后，重裝計數(shù)初值的修正量取8個機器周期，即要使定時時間縮短8個機器周期。用定時中斷方式來控制電動機變速時，實際上是不斷改變定時器裝

27、載值的大小。在控制過程中，采用離散辦法來逼近理想的升降速曲線。為了減少每步計算裝載值的時間，系統(tǒng)設(shè)計時就把各離散點的速度所需的裝載值固化在系統(tǒng)的ROM中，系統(tǒng)在運行中用查表法查出所需的裝載值，這樣可大幅度減少占用CPU的時間，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度愿大多數(shù)步進電機運動控制系統(tǒng)都運行在開環(huán)狀態(tài)下，因為成本較低，并可提供運動控制技術(shù)固有的位置控制，無須反饋。但是，在某些應(yīng)用中，需要更多的可靠性、安全性或產(chǎn)品質(zhì)量的保證，因此，閉環(huán)控制也是一種選擇.以下是一些實現(xiàn)步進電機閉環(huán)控制的方法： 1) 步進確認(rèn)，這是最簡單的位移控制，使用一個低值的光學(xué)編碼器計算步進移動的數(shù)量。一個簡單的回路與指令校驗的步進電機比

28、較，驗證步進電機移動到預(yù)計的位置；2) 反電動勢, 一種無傳感器的檢測方法，使用步進電機的反電動勢（eleCtromotiveforCe，emf）信號，測量和控制速度。當(dāng)反電動勢電壓降至監(jiān)測探測水平時，閉環(huán)控制轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)開環(huán)，完成最終的位移移動；3）全伺服控制，指全時間的使用反饋設(shè)備，用于步進電機-編碼器、解碼器、或其它反饋傳感器上，從而更為精確地控制步進電機位移和轉(zhuǎn)矩。其它的方法包括各種不同的反電動勢控制電機參數(shù)測量和軟件技術(shù)，一些制造企業(yè)都會使用這些方法。這里，步進驅(qū)動監(jiān)控和測量電機線圈，使用電壓額電流信息提高步進電機控制。正阻尼使用這一信息阻擋振動的速度，產(chǎn)生更多的可用的轉(zhuǎn)矩輸出，降低轉(zhuǎn)矩

29、的機械振動損耗。無編碼器安裝監(jiān)測采用信息檢測同步速度的損耗。傳統(tǒng)步進電機控制通常采用反饋設(shè)備和非傳感方法，是有效的實現(xiàn)帶有安全需求、危險狀況或高精確度要求的運動應(yīng)用的方法。    大多數(shù)基于步進電機的系統(tǒng)，一般都運行在開環(huán)狀態(tài)下，這樣可提供一個低成本的方案。 事實上，步進系統(tǒng)可提高位移控制的的性能，且不需要反饋。但是，當(dāng)步進電機在開環(huán)時運行，在命令步幅和實際步幅之間會有同步損耗的可能。    閉環(huán)控制，是傳統(tǒng)步進控制的一個部分，能有效地提供更高地可靠性、安全性或產(chǎn)品質(zhì)量。在這些步進系統(tǒng)中，反饋設(shè)備或間接參數(shù)傳感方法的閉環(huán)能進行校正或控

30、制失步、監(jiān)測電機停滯，以及確保更大的可用轉(zhuǎn)矩輸出。近期，步進電機的閉環(huán)控制（CLC）還能幫助執(zhí)行智能分布運動架構(gòu)。然而，開環(huán)操作會有失步的風(fēng)險，這將產(chǎn)生定位失誤。但與伺服系統(tǒng)中使用的編碼器相比，閉環(huán)步進電機采用的編碼器成本更低。故選擇閉環(huán)控制。3.2 驅(qū)動方式的確定并于步進電機的驅(qū)動一般有兩種方法，一種是通過CPU直接來驅(qū)動，這種方法一般不宜采用，因為CPU的輸出電流脈沖是特別小的它不能足以讓步進電機的轉(zhuǎn)動；別一種是通過CPU來間接驅(qū)動，就是把從CPU輸出的信號進行放大，然后直接驅(qū)動或是再通過光電隔離間接來驅(qū)動步進電機，這種方法比較安全可靠。固本次設(shè)計應(yīng)采用CPU間接驅(qū)動步進電機。用編碼器還的

31、測速發(fā)電機作為轉(zhuǎn)速測量工具,因為選擇了閉環(huán)控制，就必須有反饋元件，反饋元件一般有兩種，一種是采用同軸的測速發(fā)電機，把步進電機的轉(zhuǎn)速反饋回來，然后通過顯示器顯示出來并對步進電機進行調(diào)節(jié)；別一種是通過光同軸的電編碼器把步進電機的轉(zhuǎn)速反饋回來對步進電機進行調(diào)節(jié)；兩者相比，后者的設(shè)計比較簡單，價格便宜，安全可靠，污染少。固一般采用后者，用光電騙碼器作為反饋元件。3.3 驅(qū)動電路的選擇步進電機的驅(qū)動電機有多種，但最為常用的就是單電壓驅(qū)動、雙電壓驅(qū)動、斬波驅(qū)動、細(xì)分控制驅(qū)動等。單電壓驅(qū)動是步進電機控制中最為簡單的一種驅(qū)動電路，它在本質(zhì)上是一個單間的反相器。它的最大特點是結(jié)構(gòu)簡單，因它的工作效率低，特別是在

32、高頻下更顯的突出。它的外接電阻R要消耗相當(dāng)一部分的熱量，這樣就會影響電路的穩(wěn)定性所以此種驅(qū)動方式一般只用在小功率的步進電機的驅(qū)動電路中。雙電壓驅(qū)動是電路一般采用兩種電源電壓來驅(qū)動，因這兩個電源分別是一個為高壓一個為低壓，因此也稱為高低壓驅(qū)動電路。雙電壓驅(qū)動電路的缺點是在高低壓連接處電流出現(xiàn)谷點，這樣必然引起力矩在谷點處下降。不宜于電機的正常運行。對于斬波電路驅(qū)動則可以克服這種缺點，并且還可以提高步進電機的效率。所以從提高效率來看這是一種很好的驅(qū)動電路，它可以用較高的電源電壓，同時無需外接電阻來限定期額定電流和減少時間常數(shù)。但由于其波形頂部呈現(xiàn)鋸齒形波動，所以會產(chǎn)生較大的電磁噪聲。細(xì)分驅(qū)動是用脈

33、沖電壓來供電的，對于一個電壓脈沖，轉(zhuǎn)子就可以轉(zhuǎn)動一步，一般會根據(jù)電壓脈沖的分配方式，步進電機各相繞阻會輪流切換，固可以使步進電機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。細(xì)分控制的電路一般分為兩類，一類是采用線性模擬功率放大器的方法獲得階梯形電流，這種方法簡單，但效率低。別一種是用單片機采用數(shù)子脈寬調(diào)制的方法獲得階梯電流，這種方法需要復(fù)雜的計算可使細(xì)分后的步距角一致。但因本次設(shè)計對步進電機的精度要求比較高轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)范圍比較廣，固應(yīng)選用驅(qū)動芯片8713來驅(qū)動，并通過軟件來實現(xiàn)步進電機的調(diào)速。3.4 基本方案的確定因本次設(shè)計的要求，選用三相三拍步進電機，單片機選用89C51作為控制器。選取用8279來驅(qū)動顯示和鍵盤。選用871

34、3作為步進電機的驅(qū)動芯片并通過光電耦合來驅(qū)動步進電機。然后由于步進電機同軸的光電編碼器作為反饋元件，并把反饋回的信號經(jīng)CPU處理后再由顯示器顯示出來。但由鍵盤輸入的速度數(shù)值了得通過顯示器來顯示，固本次設(shè)計要兩排顯示，一排來顯示給定的轉(zhuǎn)速一排來顯示實際的轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)原理框圖如3-1所示：圖3-1 系統(tǒng)原理框圖第4章 硬件電路的設(shè)計4.1 單片機的選擇 本次設(shè)計以CPU選用89C5l作為步進電機的控制芯片89C51的結(jié)構(gòu)簡單并可以在編程器上實現(xiàn)閃爍式的電擦寫達幾萬次以上使用方便等優(yōu)點，而且完全兼容MCS5l系列單片機的所有功能。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMF

35、Alsh ProgrAmmABle And ErAsABle ReAd Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案4.1.1單片機的引腳功能:1）VCC（40）：電源+5V。2）VSS（20）：接地，也就是GND。3）XTL1（19）和XTL2（18）：振蕩電路。  單片機是一種時序電路，必須有脈沖信號才能工

36、作，在它的內(nèi)部有一個時鐘產(chǎn)生電路，有兩種振蕩方式，一種是內(nèi)部振蕩方式，只要接上兩個電容和一個晶振即可；另一種是外部振蕩方式，采用外部振蕩方式時，需在XTL2上加外部時鐘信號（詳細(xì)的內(nèi)容將在以后的課程中專門介紹）。4）PSEN（29）：片外ROM選通信號，低電平有效。5）ALE/PROG（30）：地址鎖存信號輸出端/EPROM編程脈沖輸入端。6）RST/VPD（9）：復(fù)位信號輸入端/備用電源輸入端。 7）EA/VPP（31）：內(nèi)/外部ROM選擇 端           

37、;                    8）P0口（39-32）：雙向I/O口。9P1口（1-8）：準(zhǔn)雙向通用I/0口。9）P2口（21-28）：準(zhǔn)雙向I/0口。原理圖如4-1所示：圖4-1 AT89C51的引腳圖4.1.2 主要特性：與MCS-51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時間：全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz三級程序存儲器鎖定、128*8位內(nèi)部RAM、32可編程I/

38、O線、兩個16位定時器/計數(shù)器、5個中斷源 、可編程串行通道、低功耗的閑置和掉電模式、片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 1) 振蕩器特性：  XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。2) 芯片擦除：  整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非

39、空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。4.2 步進電機的選擇 因本次設(shè)計的要求，步進電機的應(yīng)選用三相三拍的步進電機，關(guān)于步進電機的具體說明如下；反應(yīng)式步進電動機是利用凸極轉(zhuǎn)子交軸磁阻與直軸磁阻之差所產(chǎn)生的反應(yīng)轉(zhuǎn)矩而轉(zhuǎn)動的所以也稱為磁阻式步進電動機現(xiàn)以一個最簡單的三相反應(yīng)式步進電動機為例說明其工作原理.圖4-2是一臺三相反應(yīng)式步

40、進電動機的原理圖定子鐵芯為凸極式共有三對六個磁極每兩個相對的磁極上繞有一相控制繞組轉(zhuǎn)子用軟磁性材料制成也是凸極結(jié)構(gòu)只有四個齒齒寬等于定子的極靴寬下面通過幾種基本的控制方式來說明其工作原理.圖4-2 三相反應(yīng)式步進電動機的原理圖4.2.1 三相單三拍通電方式當(dāng)A 相控制繞組通電,其余兩相均不通電,電機內(nèi)建立以定子A 相極為軸線的磁場.由于磁通具有力圖走磁阻最小路徑的特點,使轉(zhuǎn)子齒1, 3 的軸線與定子A 相極軸線對齊,如圖4-4 (A)所示.若A 相控制繞組斷電,B 相控制繞組通電時,轉(zhuǎn)子在反應(yīng)轉(zhuǎn)矩的作用下,逆時針方向轉(zhuǎn)過30,°使轉(zhuǎn)子齒2,4 的軸線與定子B 相極軸線對齊,即轉(zhuǎn)子走了

41、一步,如圖4-4(B)所示, 若再斷開B相,使C相控制繞組通電,轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)過30° 使轉(zhuǎn)子齒1,3 的軸線與定子C相極軸線對齊,如圖4-4(C)所示.如此按A-BC-A 的順序輪流通電,轉(zhuǎn)子就會一步一步地按逆時針方向轉(zhuǎn)動,其轉(zhuǎn)速取決于各相控制繞組通電與斷電的頻率,旋轉(zhuǎn)方向取決于控制繞組輪流通電的順序若按A-C-B-A 的順序通電,則電機按順時針反方向轉(zhuǎn)動.上述通電方式稱為三相單三拍運行,”三相”是指三相步進電動機,”單”是指每次只有一相控制繞組通電,控制繞組每改變一次通電方式稱為一拍,三拍是指經(jīng)過三次改變通電方式為一個循環(huán),我們稱每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度為步距角.三相單三拍運行時的步距角為

42、30度.其原理圖如4-2所示:圖4-2-1定轉(zhuǎn)子展開圖（A相繞組通電）4.2.2 三相雙三拍通電方式 控制繞組的通電方式為AB-BC-CA-AB 或AB-CA-BC-AB 每拍同時有兩相繞組通電三拍為一個循環(huán)，當(dāng)A B 兩相控制繞組同時通電時轉(zhuǎn)子齒的位置應(yīng)同時考慮到兩對定子極的作用，只有A 相極和B 相極對轉(zhuǎn)子齒所產(chǎn)生的磁拉力相平衡才是轉(zhuǎn)子的平衡位置如4-2-2 B 所示，可見雙三拍運行時的步距角仍是30°,但雙三拍運行時每一拍總有一相繞組持續(xù)通電，例如由A B 兩相通電變?yōu)锽 C 兩相通電時，B 相保持持續(xù)通電狀態(tài)C 相磁拉力圖使轉(zhuǎn)子逆時針方向轉(zhuǎn)動，而B 相磁拉力卻起有阻止轉(zhuǎn)子繼續(xù)

43、向前轉(zhuǎn)動的作用。即起到一定的電磁阻尼作用所以電機工作比較平穩(wěn)，而在三相單三拍運行時由于沒有這種阻尼作用，所以轉(zhuǎn)子達到新的平衡位置容易產(chǎn)生振蕩穩(wěn)定性不如雙三拍運行方式。三相雙三拍運行方式AB相與BC相導(dǎo)通的結(jié)構(gòu)如圖4-2-2所示： (A)AB 相導(dǎo)通 (B)BC 相導(dǎo)通 圖4-2-2 三相雙三拍運行方式在分析步進電動機動態(tài)運行時，不僅要知道某一相控制繞組通電時的矩角特性，而且要知道整個運行過程中各相控制繞組通電狀態(tài)下的矩角特性，即所謂矩角特性族以三相單三拍的通電方式為例，若將失調(diào)角的坐標(biāo)軸統(tǒng)一取在A 相磁極的軸線上，顯然A 相通電時矩角特性如圖4-3中曲線A 所示穩(wěn)定平衡點為O，點B 相通電時轉(zhuǎn)

44、子轉(zhuǎn)過1/3 齒距相當(dāng)于轉(zhuǎn)過2/3 電角度,它的穩(wěn)4-3中曲線C, 這三條曲線就構(gòu)成了三相單三拍通電方式時的矩角特性族總之矩角特性族中的每一條曲線依次錯開一個用電角度表示的步矩角 (4-1)同理可得到三相單雙六拍通電方式時的矩角特性族如圖4-4與4-5 所示：圖4-3三拍時的矩角特性族圖4-4六拍時的矩角特性族步進電機的動態(tài)特性是指步進電動機在運行過程中的特性它直接影響系統(tǒng)工作的可靠性和系統(tǒng)的快速反應(yīng)。1)單步運行狀態(tài)單步運行狀態(tài)是指步進電動機在一相或多相控制繞組通電狀態(tài)下僅改變一次通電狀態(tài)時的運行方式.2)動穩(wěn)定區(qū)當(dāng)A 相控制繞組通電時矩角特性如圖1-12中的曲線A 所示，若步進電動機為理想

45、空載則轉(zhuǎn)子處于穩(wěn)定平衡點處，如果將A相通電改變?yōu)锽相通電，那么矩角特性應(yīng)向前移動一個步距角變?yōu)榍€B，點為新的穩(wěn)定平衡點由于在改變通電狀態(tài)的初瞬轉(zhuǎn)子位置來不及改變還處于=0的位置，對應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩卻由O 突變?yōu)榍€B上的C 點，電機在該轉(zhuǎn)矩的作用下轉(zhuǎn)子向新的穩(wěn)定平衡位置，移動直至到達點為止對應(yīng)它的靜穩(wěn)定區(qū)為止，（-+ ）< <(+)， 即改變通電狀態(tài)的瞬間只要轉(zhuǎn)子在這個區(qū)域內(nèi)就能趨向新的穩(wěn)定平衡位置，因此把后一個通電相的靜穩(wěn)定區(qū)稱為前一個通電相的動穩(wěn)定區(qū)，把初始穩(wěn)定平衡點OA 與動穩(wěn)定區(qū)的邊界點A 之間的距離稱為穩(wěn)定裕度，拍數(shù)越多步距角越小，動穩(wěn)定區(qū)就越接近靜穩(wěn)定區(qū)穩(wěn)定裕度越大，運行

46、的穩(wěn)定性越好轉(zhuǎn)子從原來的穩(wěn)定平衡點到達新的穩(wěn)定平衡點的時間越短，能夠響應(yīng)的頻率也就越高.原理圖如4-5所示:圖4-5 穩(wěn)定響應(yīng)曲線3)最大負(fù)載能力步進電動機帶恒定負(fù)載時負(fù)載轉(zhuǎn)矩為，若A 相控制繞組通電則轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定平衡位置為圖1-13 A中曲線A 上的點，這一點的電磁轉(zhuǎn)矩正好與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡，當(dāng)輸入一個控制脈沖信號通電狀態(tài)由A相改變?yōu)锽 相，矩角特性變?yōu)榍€B 在改變通電狀態(tài)的瞬間電機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機在該轉(zhuǎn)矩的作用下轉(zhuǎn)過一個步距角到達新的穩(wěn)定平衡點OB´，如圖4-6所示:(a)圖4-6 最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩的確定 如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大為，且，如圖4-14（B）則初始平衡位置為點，但

47、在改變通電狀態(tài)的瞬間電機產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩為，由于，轉(zhuǎn)子不能到達新的穩(wěn)定平衡位置點，而是向失調(diào)角減小的方向滑動，電機不能帶動負(fù)載作步進運行，這時步進電動機實際上是處于失控狀態(tài)，由此可見只有負(fù)載轉(zhuǎn)矩小于相鄰兩個矩角特性交點S 所對應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩才能保證電機正常的步進運行，把稱為最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩也稱為啟動轉(zhuǎn)矩當(dāng)然它比最大靜轉(zhuǎn)矩可求得啟動轉(zhuǎn)矩公式4-2-1。 (4-2-1)4.3驅(qū)動電路的選擇 因從CPU輸出的脈沖信號特別小，固應(yīng)先經(jīng)過PWM8713脈沖分配器對脈沖進行分配并經(jīng)過放大然后再經(jīng)過光耦驅(qū)動來驅(qū)動步進進電機。具體的連接圖如4-3-1所示：圖4-3-1 步進電機驅(qū)動電路圖PWM8713芯片介紹如下；PM

48、M8713是日本三洋電機公司生產(chǎn)的步進電機脈沖分配器。該器件采用DIP 16封裝，適用于二相或四相步進電機。PMM8713在控制二相或四相步進電機時都可選擇三種勵磁方式(1相勵磁，2相勵磁，3相勵磁三種勵磁方式之一)，每相最小的拉電流和灌電流為20mA，它不但可滿足后級功率放大器的要求，而且在所有輸人端上均內(nèi)嵌有施密特觸發(fā)電路，抗干擾能力很強，其原理框圖如圖1所示，表1所列是PMM8713的引腳功能。在PMM8713的內(nèi)部電路中，時鐘選通部分用于設(shè)定步進電機的正反轉(zhuǎn)脈沖輸入法。PMM8713有兩種脈沖輸人法:雙脈沖輸人法和單脈沖輸人法。采用雙脈沖輸人法的連線方式如圖4-3-2(A)所示，其中C

49、PI CA兩端分別輸人步進電機正反轉(zhuǎn)的控制脈沖。當(dāng)采用單脈沖輸人法時，其連線方式如圖2所示； 圖4-3-2 8713脈沖輸入圖4-3-3 PWM8713的引腳圖PMM8713 功能介紹PMM8713 是專用的步進電機的步進脈沖產(chǎn)生芯片,它適用于三相和四相步進電機。如圖1 所示PMM8713 的引腳,Cu 為加脈沖輸入端,它使步進電機正轉(zhuǎn),Cp 為減脈沖輸入端,它使步進電機反轉(zhuǎn),Ck為脈沖輸入端,當(dāng)脈沖加入此引腳時,Cu 和Cp 應(yīng)接地,正反轉(zhuǎn)由U/ D 的電平控制,EA 和EB 用來選擇勵磁方式的,可以選擇的方式有一相勵磁、二相勵磁和一二相勵磁,C 用來選擇三、四相步進電機,Vss 為芯片工作

50、地,R 為芯片復(fù)位端,41 為四相步進脈沖輸出端,31 為三相步進脈沖輸出端,Em 為勵磁監(jiān)視端,Co 為輸入脈沖監(jiān)視端,VDD為芯片的工作電源( + 4 + 18V).其具體的原理框圖如4-3-4所示: 圖4-3-4 驅(qū)動電路框圖4.4 顯示電路與鍵盤的選擇 顯示電路的用8279芯片來驅(qū)動，8279芯片分別接兩排顯示器，每排為4位顯示，分別用來顯示步進電機的實際轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速。8279與CPU的連接框圖如4-11所示：圖4-4 8279與CPU的接線圖8279芯片的具體介紹如下；1) DB0DB7：雙向數(shù)據(jù)總線。在CPU于827數(shù) 據(jù)與命令的傳送。2) CLK：8279的系統(tǒng)時鐘，100KH

51、Z為最佳選擇。3) RESET：復(fù)位輸入線，高電平有效。當(dāng) RESET 輸入端出現(xiàn)高電平時，8279被初始復(fù)位。4) /CS：片選信號。低電平使能，使能時可將命令寫入8279或讀取8279的數(shù)據(jù)。5) A0：用于區(qū)分信息的特性。當(dāng)A0=1時，CPU向8279寫入命令或讀取8279的狀態(tài)；當(dāng)A0為0時，讀寫一數(shù)據(jù)。6) /RD：讀取控制線。/RD=0,8279會送數(shù)據(jù)至外部總線。7) /WR：寫入控制線。/WR=0,8279會從外部總線捕捉數(shù)據(jù)。8) IRQ：中斷請求輸出線，高電平有效。當(dāng)FIFO RAM 緩沖器中存有鍵盤上閉合鍵的鍵碼時，IRQ線升高，向CPU請求中斷，當(dāng)CPU將緩沖器中的輸入

52、鍵數(shù)的數(shù)據(jù)全部讀取時，中斷請求線下降為低電平。9) L0SL3：掃描輸出線，用于對鍵盤顯示器掃 描?？梢允蔷幋a模式（16對1）或譯碼模式（4對1）。10) RL7：反饋輸入線，由內(nèi)部拉高電阻拉成高電平，也可由鍵盤上按鍵拉成低電平。11) FT、CNTL/STB ：控制鍵輸入線，由內(nèi)部拉高電 阻拉成高電平，也可由外部控制按鍵拉成低電平。12) TB03、OUTA03：顯示段數(shù)據(jù)輸出線，可分別作為兩個半字節(jié)輸出，也可作為8位段數(shù)據(jù)輸出口，此時OUTB0為最低位， OUTA3位最高位。13) 消隱輸出線，低電平有效。當(dāng)顯示器切換時或使用消隱命令時，將顯示消隱。具體芯片理框圖如4-4-1所示：圖4-4

53、-1 8279的引腳圖鍵盤的連接一般有兩種方式，一種是獨立式鍵盤；一種是行列式鍵盤。獨立式鍵盤就是各個鍵相互獨立，每個鍵盤接一根輸入線，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)來確定那個鍵按下。這種鍵盤的輸入線較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般適用于按鍵較少操作速度較高的場合。而行列式鍵盤是由行和列線交義組成，一般用于按鍵較多的場合。本次設(shè)計一共用9個鍵因此采用行列式鍵盤。具體的原理圖如4-4-2所示: 圖4-4-2 鍵盤連接圖顯示電路的選擇顯示電路選用兩排LED顯示，每排分別為四位。能滿足設(shè)計的要求，轉(zhuǎn)速范圍為0至1000。LED顯示電路有兩種接法，一種為共陰極，一種為共陽極。原理圖如4-14所示:、圖44-3 顯示器接

54、線圖4.5 反饋電路的選擇應(yīng)選用光電編碼器作為反饋元件，光電編碼器與步進電機是同軸的輸出經(jīng)過放大送到計算機。并通過顯示器顯示出步進電機的實際轉(zhuǎn)速。關(guān)于光電編碼器的說明如下；4.5.1光電編碼器原理光電編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是目前應(yīng)用最多的傳感器，光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。由于光電碼盤與電動機同軸，電動機旋轉(zhuǎn)時，光柵盤與電動機同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，其原理示意圖如圖1所示；通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數(shù)就能反映當(dāng)前電動機的轉(zhuǎn)速。圖4-5-1

55、 光電編碼器的原理圖根據(jù)檢測原理，編碼器可分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式和電容式。根據(jù)其刻度方法及信號輸出形式，可分為增量式、絕對式以及混合式三種。本次設(shè)計用絕對式編碼器其原理如下：絕對編碼器是直接輸出數(shù)字量的傳感器，它的圓形碼盤上沿徑向有若干同心磁道，每條道上由透光和不透光的扇形區(qū)相間組成，相鄰碼道的扇區(qū)數(shù)目是雙倍關(guān)系，碼盤上的碼道數(shù)就是它的二進制數(shù)碼的位數(shù)，在碼盤的一側(cè)是光源，另一側(cè)對應(yīng)每一碼道有一光敏元件；當(dāng)碼盤處于不同位置時，各光敏元件根據(jù)受光照與否轉(zhuǎn)換出相應(yīng)的電平信號，形成二進制數(shù)。這種編碼器的特點是不要計數(shù)器，在轉(zhuǎn)軸的任意位置都可讀出一個固定的與位置相對應(yīng)的數(shù)字碼。顯然，碼道越多，分辨率

56、就越高，對于一個具有 N位二進制分辨率的編碼器，其碼盤必須有N條碼道。目前國內(nèi)已有16位的絕對編碼器產(chǎn)品。絕對式編碼器是利用自然二進制或循環(huán)二進制（格雷碼）方式進行光電轉(zhuǎn)換的。絕對式編碼器與增量式編碼器不同之處在于圓盤上透光、不透光的線條圖形，絕對編碼器可有若干編碼，根據(jù)讀出碼盤上的編碼，檢測絕對位置。編碼的設(shè)計可采用二進制碼、循環(huán)碼、二進制補碼等。它的特點如下：1) 可以直接讀出角度坐標(biāo)的絕對值；2) 沒有累積誤差；3) 電源切除后位置信息不會丟失。但是分辨率是由二進制的位數(shù)來決定的，也就是說精度取決于位數(shù)，目前有10位、14位等多種。第5章 算法的設(shè)計：算法對于步進電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計是一個相當(dāng)重在的環(huán)節(jié)，因為只有確定了算法之后才能對步進電機的速度進