基于Proteus的步进电机闭环控制仿真.doc

本科毕业设计论文题 目 基于Proteus的步进电机闭环控制仿真 摘要毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意作 者 签 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指导教师签名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容作者签名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅本人授权　　 　 　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文涉密论文按学校规定处理作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它摘 要步进电动机是一种将脉冲信号变换成相应的角位移(或线位移)的电磁装置，因为步进电机不需要A/D转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，所以被认为是理想的数控机床的执行元件，由于其精确性以及其良好的性能在实际当中得到了广泛的应用本文介绍了以51系列单片机AT89S51为控制核心所设计的步进电机控制系统，从系统的硬件仿真电路以及软件的设计方面实现了对步进电机的控制并且由传感器FC-SPX302采集转速数据进而进行关于速度的闭环控制，经过仿真验证电路证明，该仿真控制系统的随动性能好，抗干扰能力强，稳定性好。

关键词： 步进电机，闭环，控制IIIABSTRACTABSTRACTStepper motor is a pulse signal is converted into the corresponding angular displacement (or linear displacement) of electromagnetic devices, because step motor does not need A/D conversion, digital pulse signal can be directly transformed into angular displacement, so It is considered to be an ideal actuator of CNC machine tools. Because of its good performance and accuracy in practice has been widely applied. This paper introduces to 51 series microcontroller AT89S51 as control core design of stepping motor control system, From the hardware circuit simulation and software design and implementation of stepper motor control. And use the acquisition speed data sensor FC-SPX302 to make up a closed-loop of speed control system. Through the circuit simulation prove,, dynamic performance with the simulation of the control system, strong anti-interference ability, good stability.KEY WORDS: Stepper motor，Closed loop，ControlIII目 录目 录1 绪论 11.1 步进电机国内外研究现状 11.2 研究主要内容及其意义 21.3 步进电机的单片机控制优点 32 步进电动机的介绍 52.1 步进电动机的基本原理 52.2 步进电动机分类 52.3 步进电机的一些基本参数 52.3.1 电机的拍数 52.3.2 电机固有步进角 62.3.3 步进电机的相数 62.4 步进电机结构 62.4.1 步进电机的旋转 72.5 步进电动机的控制原理 72.5.1 换相顺序的控制 82.5.2 步进电动机的转向控制 82.5.3 步进电动机的速度控制 82.5.4 步进电动机的位置控制 82.6 步进电动机的特点 93 主要芯片介绍 113.1 89S5l单片机简介 113.1.1 单片机的引脚功能 113.1.2 单片机的主要特性 113.2 L298简介 123.2.1 L298的原理 123.2.2 L298概述 123.3 光电开关 144 硬件设计 154.1 总体设计方框图 154.2 系统仿真图 154.3 步进电动机的控制方式选择 164.4 步进电动机的驱动方式选择 174.5 键盘电路设计 174.5.1 键盘原理图 174.5.2 键盘功能 184.6 显示电路 184.7 测速电路 195 软件设计 215.1 PID控制算法 215.1.1 位置式PID的控制算法 215.1.2 增量式PID的控制算法 225.2 主程序 236 实验结果及分析 256.1 测量转速与实际转速比较 256.2 结论 25总结 27致谢 29参考文献 31附录A 电路原理图（PROTEL） 33附录B 电路仿真图（PROTEUS） 34附录C 程序 35V附录C 程序1 绪论1.1 步进电机国内外研究现状步进电动机是一种新型增量式电机，是数字控制系统的一种执行元件。

它是利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电动机它的位移与输入脉冲信号相对应，步矩误差不长期积累，不需用电刷，电机本体部件少，易于启停、正反转及变速用步进电机作为驱动装置构成的控制系统，具有成本低，控制简单，容易维护等优点步进电动机问世后，广泛地应用在等各个领域做为机床控制、电子瞄准、工业自动化、办公自动化和机器人运动控制中应用的重要执行部件，显示出广阔的发展前景步进电动机有多种不同的结构经过近七十多年的发展，逐渐形成以混合式和反应式为主的产品格局混合式步进电动机是在同步电动机或者说是在永磁感应子式同步电动机的基础上发展起来的既有反应式步进电动机基于气隙磁导变化的特征，又有轴向恒定磁场的永磁式步进电动机的特征其综合了该两类步进电动机的特点，因而性能更好具有分辨率高，控制功率小等优点，是应用最为广泛的步进电动机种类，至今没发现更合适取代它的产品缺点是带惯性负载能力差，低频振荡现象严重，高频运行时输出转矩下降国外步进电动机研究较早，对步进电机驱动技术的研究一直很活跃，如今正在研究开发以步进电动机为执行机构的高性能伺服系统目前，这类电动机最大的生产国还是日本日本有很多公司生产，像JAPAN SERVO，SANYO DENKI等。

它们的产品无论是外观质量，内部性能指标，还是生产手段，都处于世界先进水平而在我国，步进电动机的研制最早始于1958年经过五十年的发展，目前发展趋于平缓，与国外相比，反应式步进电动机还占大量比例，只是随着近年来大批进口设备大量涌入我国，而这些设备大多数采用了混合式步进电动机，混合式步进电动机才为人们所熟悉在国外，特别是工业比较发达的国家，步进电动机及其驱动技术早已规模化生产，我国与之相比还有相当大的差距虽然我国在该类电机的研制和生产上已形成一定规模，但生产规模较小，未形成商品化和系列化，仅处于按用户要求研制定制阶段，与国外产品相比尚无竞争能力从步进电动机驱动技术发展历史来看，步进电动机的相数不同，有2相、3相、4相、5相、9相等齿数也不同，使得产品规格品种繁多，生产格局复杂化，对用户选择不利然而由于步进电动机和其它电机有着很大的差别，具有其它电机所没有的特性因此，它仍然能根据市场的需求，沿着小型化、高效、低价的方向发展步进电动机的使用性能与它的驱动电路有密切的关系，随着电力电子技术及微电子技术及其器件的发展，驱动器的面貌不断改变最初使用的末级功放元件是可控硅可控硅虽然触发简单，但关断困难，总的来说线路较复杂、易形成误触发、可靠性也差；且不便于调试和维护、抗干扰能力不好。

但随着大功率晶体管的发展目前一般不再采用末级功放元件来驱动控制步进电动机目前，功率开关管多采用功率场控晶体管(MOSFET)和全控型器件(IGBT)功率集成电路(PIC)将功率器件、前级驱动电路、控制电路及保护电路等都集成在一起，具有较强的功能和较大的输出功率用这种器件做成步进电动机驱动器，具有结构简单、性能稳定及运行可靠等优点目前已应用于中、小功率步进电动机的驱动驱动器控制电路发展的一个重要。