电机驱动系统设计.docx

武汉理工大学华夏学院课程设计华夏学院课 程 设 计 报 告 书 题 目： 智能仪器设计 系 名： 信息工程系 专业班级： 自动化1082班 姓 名： 童仁 学 号： 10212408207 指导教师： 刘红丽 2011 年 12 月 24 日课程设计基本要求课程设计是工科学生十分重要的实践教学环节，通过课程设计，培养学生综合运用先修课程的理论知识和专业技能，解决工程领域某一方面实际问题的能力课程设计报告是科学论文写作的基础，不仅可以培养和训练学生的逻辑归纳能力、综合分析能力和文字表达能力，也是规范课程设计教学要求、反映课程设计教学水平的重要依据为了加强课程设计教学管理，提高课程设计教学质量，特拟定如下基本要求。

1. 课程设计教学一般可分为设计项目的选题、项目设计方案论证、项目设计结果分析、答辩等4个环节，每个环节都应有一定的考核要求和考核成绩2. 课程设计项目的选题要符合本课程设计教学大纲的要求，该项目应能突出学生实践能力、设计能力和创新能力的培养；该项目有一定的实用性，且学生通过努力在规定的时间内是可以完成的课程设计项目名称、目的及技术要求记录于课程设计报告书一、二项中，课程设计项目的选题考核成绩占10%左右3. 项目设计方案论证主要包括可行性设计方案论证、从可行性方案中确定最佳方案，实施最佳方案的软件程序、硬件电路原理图和PCB图项目设计方案论证内容记录于课程设计报告书第三项中，项目设计方案论证主要考核设计方案的正确性、可行性和创新性，考核成绩占30%左右4. 项目设计结果分析主要包括项目设计与制作结果的工艺水平，项目测试性能指标的正确性和完整性，项目测试中出现故障或错误原因的分析和处理方法项目设计结果分析记录于课程设计报告书第四项中，考核成绩占25%左右5. 学生在课程设计过程中应认真阅读与本课程设计项目相关的文献，培养自己的阅读兴趣和习惯，借以启发自己的思维，提高综合分和理解能力文献阅读摘要记录于课程设计报告书第五项中，考核成绩占10%左右。

6. 答辩是课程设计中十分重要的环节，由课程设计指导教师向答辩学生提出2～3个问题，通过答辩可进一步了解学生对课程设计中理论知识和实际技能掌握的程度，以及对问题的理解、分析和判断能力答辩考核成绩占25%左右7.学生应在课程设计周内认真参加项目设计的各个环节，按时完成课程设计报告书交给课程设计指导教师评阅课程设计指导教师应认真指导学生课程设计全过程，认真评阅学生的每一份课程设计报告，给出课程设计综合评阅意见和每一个环节的评分成绩（百分制），最后将百分制评分成绩转换为五级分制（优秀、良好、中等、及格、不及格）总评成绩8. 课程设计报告书是实践教学水平评估的重要资料，应按课程、班级集成存档交实验室统一管理目录1. 步进电机的基本原理...........................................41.1步进电机基本原理...............................................41.2步进电机型号的选择.............................................51.3步进电机驱动器原理 ........................................... 52. 编码器实现对步进电机的测速..................................72.1速度检测基本原理...............................................72.2常用的测速方法M法............................................ 82.3常用的测速方法T法............................................ 82.4常用的测速方法M／T法..........................................83 步进电机的测速调试及误差分析...............................93.1步进电机测速调试...............................................93.2步进电机测速误差分析..........................................103.3程序编写流程..................................................10总结.................................................... 11参考文献.................................................12附录.....................................................131. 步进电机的基本原理、分类和选择1.1步进电机基本原理1.1.1 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。

当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固 定的角度一步一步运行的可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目 的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为 100%)的特点，广泛应用于各种开环控制现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR ）、永磁式步进电机（PM ）、混合式 步进电机（HB ）和单相式步进电机等永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为 7.5 度 或 15 度；反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为 1.5 度，但噪声和振动都很大反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩 混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点它又分为两相和五相：两相步进角 一般为 1.8 度而五相步进角一般为 0.72 度这种步进电机的应用最为广泛，也是本次细分驱动方案所选用的步进电机 1.1.2 步进电机的一些基本参数： 电机固有步距角：它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。

电机出厂时给出了一个步距角的值，如 86BYG250A 型电机给出的值为 0.9°/1.8°（表示半步工作时为0.9°、整步工作时为 1.8°），这个步距角可以称之为‘电机固有步距角’，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关 步进电机的相数： 是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为 0.9°/1.8°、三相的为 0.75°/1.5°、五相的为 0.36°/0.72° 在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来 满足自己步距角的要求如果使用细分驱动器，则‘相数’将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角 1.1.3 步进电机的一些特点： 1.一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积 2.步进电机外表允许的最高温度步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏 130 度以上，有的甚至高达摄氏200 度以上，所以步进电机外表温度在摄氏 80-90度完全正常。

3.步进电机的力矩会随转速的升高而下降当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降 4.步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转在有负载的情况下，启动频率应更低如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）1.2步进电机型号的选择本次实验选用的电机具有一套伺服化控制，动态补偿的步进系统，上电时能纠正电机不是停在整步位置造成的偏位此套件包含带编码器步进电机，步进闭环器，驱动器电机是42X48长，高速型，4线，相电流:1.68A，力矩:0.55N/m，带400线或500线编码器，经过闭环器4倍频后能到每圈1600或2000个脉冲带2米专用屏蔽线和专用信号放大电路板电压：DC24-32V， 电流:0.5A-3A(可调)，高速性好，低振动有1,2,8,16四种细分可调1.3步进电机驱动器原理步进电机的运行要有一电子装置进行驱动, 这种装置就是步进电机驱动器, 它是把控制系统发出的脉冲信号,加以放大以驱动步进电机。

步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比，控制步进脉冲信号的频率，可以对电机精确调速；控制步进脉冲的个数，可以对电机精确定位 典型的步进电机驱动控制系统主要由三部分组成： 1. 步进控制器，由单片机实现 2 ．驱动器，把单片机输出的脉冲加以放大，以驱动步进电机 3 ．步进电机典型的步进电机驱动控制电路图如下：图中单片机的I/O 口一位控制一相绕组，根据所选定的步进及控制方式可写出相应的控 制方式的数学模型，如三相单三拍、三相双三拍、三相六拍 现以三相六拍为例：以上为步进电机正转时的控制顺序及数学模型因此，步进驱动控制器实际上就是按上述的控制方式所规定的顺序送脉冲序列，即可实现驱动步进电机三相六拍方式的转动输入顺序脉冲序列的速率就是步进电机的速率 这种典型的步进电机驱动控制方法及其电路，只能实现步进电机步距角为原来固定步距角的一半当要求实现步距角细分时，该方法就不能达到要求了，所以在这里就要引入步进电机细分技术方案的探讨驱动器细分后的主要优点为：1.完全消除了电机的低频振荡；2.提高了电机的输出转矩，尤其是对三相反应式电机，其力矩比不细分时提高约30-40%；3.提高了电机的分辨率，由于减小了步距角、提高了步距的均匀度，‘提高电机的分辨率’是不言而喻的2. 编码器实现对步进电机的测速2.1速度检测基本原理及方法利用测T 法进行速度检测的原理是以一个高频信号作为基准, 在一个采样周期T 内分别对脉冲编码器发出的脉冲信号和基准脉冲信号进行采样计数, 设该周期内编码器脉冲数的理论值为M , 基准脉冲数为N , 则有 式中: n0 为编码器计算转速( röm in) ; Z 为编码器每圈发出的脉冲数; K 为脉冲信号的倍频数;。