步進電機指數(shù)規(guī)律升降速的單片機控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 優(yōu)秀設(shè)計 學 院 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）說 明 書 題 目 步進電機指數(shù)規(guī)律升降速的 單片機控制系統(tǒng)設(shè)計 學 生 系 別 機 電 工 程 系 專 業(yè) 班 級 機械設(shè)計制造及自動化機電 學 號 指 導 老 師 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 學 院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 設(shè)計（論文）題目： 步進電機指數(shù)規(guī)律升降速的單片機控制系統(tǒng)設(shè)計 系： 機電工程系 專業(yè)： 機電一體化 班級： 學號： 學生： 指導教師： 接受任務(wù)時間 教研室主任 （簽名） 系主任 （簽名） 1畢業(yè)設(shè)計（論文）的主要內(nèi)容及基本要求 用單片機對步進電機進行三相六拍的控制，通過軟硬件設(shè)計，實現(xiàn)電機指數(shù)規(guī)律升降速。 (1) 系統(tǒng)總體方案擬定； (2) 數(shù)學模型建立，求控制算法； (3) 硬件設(shè)計； (4) 軟件設(shè)計； 編寫設(shè)計說明書，完成系統(tǒng)控制硬件圖 1張 A 2； 2指定查 閱的主要參考文獻及說明 (1) 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 (2) 計算機控制系統(tǒng)分析與設(shè)計 (3) 單片機應(yīng)用設(shè)計 (4) 電子電工技術(shù) (5) C 語言程序設(shè)計 (6) 機床電氣控制 3進度安排 設(shè)計（論文）各階段名稱 起 止 日 期 1 查閱資料，進行總體方案擬定，完成開題報告 建立系統(tǒng)數(shù)學模型，求控制算法 進行硬件設(shè)計，軟件設(shè)計 編寫設(shè)計說明書 準備畢業(yè)答辯 ：本表在學生接受任務(wù)時下達 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 摘 要 從步進電機的矩 動頻率越高，啟動轉(zhuǎn)矩越小，帶動負載的能力越差。當啟動頻率較高時，啟動時會造成失步，而停止時由于慣性作用又會發(fā)生過沖，所以在步進電機控制中必須要采取升降速控制措施。本文根據(jù)步進電機的動力學方程和矩建立系統(tǒng)的數(shù)學模型，采用指數(shù)規(guī)律的升降速算法，以單片機為核心對步進電機進行并行控制。系統(tǒng)的軟件設(shè)計由 言編程來實現(xiàn)。并設(shè)計了檢測系統(tǒng)用于對步進電機轉(zhuǎn)速和步數(shù)的檢測。最后，本系統(tǒng)可以實現(xiàn)以下功能：在顯示器的提示下，由鍵盤輸入運行的步數(shù)和穩(wěn)定運行的速度；由各個功能鍵控制系統(tǒng)的運行，按啟動鍵后，步進電機按照輸入的步數(shù)進行走步；如在運行期間按停止鍵，則步進電機停止運行。研究表明，采用指數(shù)規(guī)律的升降速曲線將大大地提高微機控制步進電機的最高工作頻率，大大縮短所需的升降速時間。 關(guān)鍵詞 ：步進電機 ,單片機 ,速度 控制 ,言 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 to of is of is it of it to on of of is by of It of of is of is 51 is to of to ED by s is by to if is if is of of 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 目 錄 中文摘要 . I 英文摘要 . 一章 緒 論 . 1 第二章 系統(tǒng)工作原理和總體方案擬定 . 3 . 3 進電機控制系統(tǒng)的構(gòu)成 . 3 進電機的串行和并行控制 . 3 . 4 應(yīng)式步進電機原理 . 4 進電機的動態(tài)特性 . 6 . 7 進電機的失步 . 7 進電機升降速曲線的分析 . 8 第三章 控制系統(tǒng)的數(shù)學 模型 . 9 進電機升速的控制算法 . 9 進電機升速過程的離散處理 .進電機降速過程的離散處理 . 12 進電機升速過程運行參數(shù)的計算 . 12 第四章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 . 14 統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) . 14 統(tǒng)的硬件設(shè)計 . 15 處理器及存儲器的配置 . 15 盤與顯示接口電路的設(shè)計 . 16 時和報警電路的設(shè)計 . 20 進電機的脈沖分配 . 20 展存儲器及擴展芯片地址的確定 . 24 件系統(tǒng)的合成及其原理圖 . 25 第五章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 . 26 件結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 26 統(tǒng)的程序流程 . 27 序設(shè)計問題分析 . 38 序的初始化及變量的定義 . 38 儲類型與存儲模式的定義 . 39 譯預(yù)處理的定義 . 40 組查表功能 . 40 斷服務(wù)函數(shù)的定義 . 41 關(guān)定時器精確定時的實現(xiàn) . 42 函數(shù)及鍵盤與顯示功能的實現(xiàn) . 43 第六章 轉(zhuǎn)速和步數(shù)檢測系統(tǒng)設(shè)計 . 45 電編碼器的工作原理 . 45 測系統(tǒng)的硬件設(shè)計 . 45 測系統(tǒng)的軟件設(shè)計 . 47 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 測系統(tǒng)的流程圖 . 48 測系統(tǒng)程序 . 48 第七章 結(jié) 論 . 49 參考文獻 . 50 致 謝 . 51 附錄 A：步進電機升速過程運行參數(shù)計算程序 . 52 附錄 B：步進電機控制系統(tǒng)程序 . 55 附錄 C：步進電機檢測系統(tǒng)程序 . 63 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 符號說明 B 阻尼系數(shù) C 通電狀態(tài)系數(shù) f 脈沖頻率 Hz Hz Hz Hz 轉(zhuǎn)動慣量 2 m 步進電機的相數(shù) N 脈沖數(shù) n 步進電機轉(zhuǎn)速 r/ 轉(zhuǎn)盤的窄縫數(shù) T 轉(zhuǎn)矩 N m 負載轉(zhuǎn)矩 N m 電機輸出轉(zhuǎn)矩 N m 0 N m t 時間 s 轉(zhuǎn)子齒數(shù) 轉(zhuǎn)子的位置角 s步距角 時間常數(shù) s 角速度 s/ 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第一章 緒 論 步進電機是一種將電脈沖信號變換成相應(yīng)的機械角位移的機電執(zhí)行元件。它具有工作狀態(tài)不易受影響；控制性能好，在起動、停止、反轉(zhuǎn)時不易“丟步”； 沒有積累誤差等特 點，因此被廣泛應(yīng)用于開環(huán)控制的機電一體化系統(tǒng)，使系統(tǒng)簡化，并可靠地獲得較好的位置精度，如各類數(shù)控機床、光學測量儀器、打印機、磁盤驅(qū)動器等。隨著單片機控制技術(shù)的不斷發(fā)展，基于單片機的步進電機控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各機械智能儀器和裝備中，步進電機也成為主要的電氣執(zhí)行元件之一。 在數(shù)控點 起點至終點的運行速度都有一定要求。如果要求運行頻率 (速度 )小于系統(tǒng)的極限起動頻率，則系統(tǒng)可以按要求的頻率 (速度 )直接起動，運行至終點后可立即停發(fā)脈沖串而令其停止。系統(tǒng)在這樣的運行方式下其速度可認為是恒定的。但在一般情 況下，系統(tǒng)的極限起動頻率是比較低的，而要求的運行速度往往較高。從步進電機的矩 進電機的轉(zhuǎn)矩隨著脈沖頻率的上升而下降，啟動頻率越高，啟動轉(zhuǎn)矩越小，帶動負載的能力越差，當啟動頻率較高并已超過極限起動頻率會發(fā)生丟步或根本不能起動的情況，停止時又會發(fā)生過沖。所以，步進電機的升降速是精確控制步數(shù)和速度的關(guān)鍵問題，如果升降過程脈沖頻率變化不合理，會造成升降時間延長，電機失步，力矩達不到要求等嚴重后果。 以前一般的升降速規(guī)律設(shè)計，常選用直線規(guī)律升降速，這種控制方法簡單，但是由于它的脈沖變化有個恒定的加速度， 所以它不能保證在升降速的過程中步進電機轉(zhuǎn)子的角加速度的變化和它的輸出力矩變化相適應(yīng)，不能很好的發(fā)揮電機的加速性能。因此有必要對脈沖頻率進行合理性的研究和論證，尋求一種較理想的指數(shù)升降速曲線，使步進電機在運行的過程中能夠快速定位，并且運行步數(shù)準確。理想的升降速曲線是指數(shù)規(guī)律曲線，本文就是由步進電機的動力學方程和矩 樣能夠使得頻率增高時，保證輸出最大的力矩，能充分發(fā)揮步進電機的工作性能，使系統(tǒng)具有良好的動態(tài)特性。 在完成升降速曲線的參數(shù)計算得出升降速控制算法后，將要 完成以下工作以具體實現(xiàn)單片機對步進電機升降速的并行控制。 先對升速過程進行離散處理，在程序運行前將升速過程的離散值固化在程序存儲器中，降速過程則采用運行時實時計算定時器的裝載值。程序運行時采用查表的方法將離散值裝入定時器來控制步進電機的換相周期，使得步進電機按照指數(shù)規(guī)律進行走步。 硬買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 件設(shè)計中進行單片機和存儲器的配置、鍵盤與顯示電路的設(shè)計、定時和報警電路的設(shè)計、步進電機驅(qū)動電路的設(shè)計和存 儲器地址映像工作，生成步進電機控制系統(tǒng)的硬件原理圖。 51語言是一種結(jié)構(gòu)化語言，可產(chǎn)生緊湊代碼。本系統(tǒng)軟件用 大大的加快軟件的開發(fā)速度，明顯的增加軟件的可讀性，便于改進和擴充，可以很容易地進行單片機的程序移植工作，有利于產(chǎn)品中的單片機的重新選型。根據(jù)系統(tǒng)實現(xiàn)的功能劃分程序模塊，按照各個模塊繪制程序流程圖，進行模塊化程序設(shè)計，并對其中一些關(guān)鍵技術(shù)進行具體的論述。 行步進電機轉(zhuǎn)速和步數(shù)的檢測系統(tǒng)的設(shè)計。論述檢測系統(tǒng)的工作原理，并進行 檢測 系 統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第二章 系統(tǒng)工作原理和總體方案擬定 制方案論證與比較 步進電機的工作過程一般由控制器控制，控制器按照設(shè)計者的要求完成一定的控制過程，是功率放大電路按照要求的規(guī)律驅(qū)動步進電機運行。舊式的步進電機控制系統(tǒng)由脈沖發(fā)生器、步進控制器、功率放大器和步進電機組成，如圖 進控制器包括緩沖寄存器、環(huán)形分配器、控制邏輯，其作用主要是將輸入脈沖變?yōu)榄h(huán)形脈沖，以便實現(xiàn)對電機的轉(zhuǎn)動和正反轉(zhuǎn)的控制。功率放大器的作用是將步進 控制器輸出的環(huán)形脈沖加以放大，以驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動。這種控制方案由于是用各種邏輯電路來實現(xiàn)控制過程，線路復(fù)雜、控制方案改變困難、成本高。 圖 進電機控制系統(tǒng)的組成 隨著單片微型計算機迅速發(fā)展和普及，為設(shè)計功能很強而價格低廉的步進電機控制器提供了條件。采用計算機控制系統(tǒng)，只要控制輸入電脈沖的數(shù)量、頻率以及電機繞組通電相序即可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向。這不僅簡化了線路，降低了成本，而且操作方便，提高了可靠性。圖 圖 片機控制步進電機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 使用單片機對步進電機進行控制有串行和并行兩種方式。 串行控制：具有串行控制功能的單片機系統(tǒng)與步進電機驅(qū)動電源之間，具有較少的買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 連線將信號送入步進電動機驅(qū)動電源的環(huán)形分配器，所以在這種系統(tǒng)中，驅(qū)動電源中必須含有環(huán)形分配器。這種控制方式的示意圖如圖 圖 行控制示意圖 并行控制：用微型計算機系統(tǒng)的數(shù)個端口直接去控制步進電動機各相驅(qū)動電路的方法稱為并行控制。 在電動機驅(qū)動電源內(nèi)，不包括環(huán)形分配器，而其并行控制功能必須由微型計算機系統(tǒng)完成。這種控制方案示意圖見圖 圖 行控制示意圖 本系統(tǒng)考慮到使用 8255 擴展并行接口，主要用軟件實現(xiàn)環(huán)分功能，控制電機為三相，故選用并行控制方案。 進電機工作原理和動態(tài)特性分析 圖 步進電機外形圖。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、 1/3L、 2/3L,（相鄰兩轉(zhuǎn)子齒軸線間的距離為 齒距以 即 A 與齒 1 相對齊， B 與齒 2 向右錯開 1/3L， C 與齒 3 向右錯開2/3L， A 與齒 5相對齊，（ A 就是 A，齒 5就是齒 1）下面是定轉(zhuǎn)子的展開圖： 圖 進電機外觀 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 圖 轉(zhuǎn)子展開圖 旋轉(zhuǎn)時， 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 時轉(zhuǎn)子向右移過 1/3L，此時齒 3 與 ，齒 4與 L） =2/3L。如 ， 3應(yīng)與 時轉(zhuǎn)子又向右移過 1/3L，此時齒 4與 。如 B， 4與 子又向右移過 1/3L。 這樣經(jīng)過 A、B、 C、 4（即齒 1前一齒）移到 機轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)過一個齒距，如果不斷地按 A， B， C， A通電，電機就每步（每脈沖） 1/3L,向右旋轉(zhuǎn)。如按 A， C，B， A通電，電機就反轉(zhuǎn)。由此可見：電機的位置和速度由導電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一對應(yīng)關(guān)系。而方向由 導電順序決定。 不過，出于對力矩、平穩(wěn)、噪音及減少角度等方面考慮。往往采用 樣將原來每步 1/3L 改變?yōu)?1/6L。甚至于通過二相電流不同的組合，使其 1/3L 變?yōu)?1/12L， 1/24L，這就是電機細分驅(qū)動的基本理論依。不難推出：電機定子上有 軸線分別與轉(zhuǎn)子齒軸線偏移 1/m,2/m (m,1。并且導電按一定的相序電機就能正反轉(zhuǎn)被控制 這是步進電機旋轉(zhuǎn)的物理條件。只要符合這一條件我們理論上可以制造任何相的步進電機，出于成本等多方面考慮，市場上一 般以二、三、四、五相為多 ，本設(shè)計選用三相反應(yīng)式步進電機。 步進電機步距角的大小是由轉(zhuǎn)子的齒數(shù)、控制繞組的相數(shù)和通電方式?jīng)Q定，它們之間存在以下關(guān)系： r 360 (2式中， s 為步距角： 采用單相或雙相通電方式時， C=1； 而采用單、雙相輪流通電方式時， C=2； m 為步進電機定子的相數(shù)； 步進電機轉(zhuǎn)子齒數(shù)。 控制繞組通電狀態(tài)的改變，是由外加輸入脈沖驅(qū)動電路來 實現(xiàn)的。每當外電路送入一個脈沖，控制繞組的通電狀態(tài)即改變一次，與此對應(yīng)步進電機將轉(zhuǎn)動一個步距角。因買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 此步進電機轉(zhuǎn)過的步距角數(shù)等于外加脈沖數(shù)，則步進電機的轉(zhuǎn)速為： fn 2式中 f 為步進電機通電的脈沖頻率，單位為 位為 r/ 步進電機的轉(zhuǎn)速用步距角表示為： 63 6 03 6 0603 6 03 6 060 (2由式（ 2（ 2知，電機的相數(shù)和轉(zhuǎn)子的齒數(shù)越多，則步距角就越小，電機在脈沖頻率一定時的轉(zhuǎn)速也越低。當電機的相數(shù)和轉(zhuǎn)子的齒數(shù)一定時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和輸入的脈沖頻率成正比。因此，改變輸入的脈沖頻率就可以改變轉(zhuǎn)速，改變通電狀態(tài)順序就可以實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。由于這些特性，步進電機控制系統(tǒng)中，能夠按照控制命令實現(xiàn)啟動、停止、升速、降速、正反轉(zhuǎn)等操作。 進電機的動態(tài)特性 機械負載位置的變化往往需要步進電機的連續(xù)運行，電機轉(zhuǎn)子必須產(chǎn)生足夠大的力矩，以克服摩擦和加速總慣量，電機無能力產(chǎn)生足夠大的力矩時可 能引起電機的失速，造成轉(zhuǎn)子步進與相勵磁之間失去同步，從而產(chǎn)生不正確的負載定位。因此步進電機加速、減速、恒速運行時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩以及電機能夠驅(qū)動負載的最高速度等特性至關(guān)重要。這些特性常以失步轉(zhuǎn)矩 /頻率特性曲線表示。 矩 頻特性和運行矩 們之間關(guān)系的典型曲線如圖 示。啟動矩 行矩 當工作在區(qū)范圍內(nèi)，步進電機可以停止和再啟動，或者反向轉(zhuǎn)動，而不會失步。步進電機在區(qū)的工作速度上所產(chǎn)生的最大力 矩坐標位于啟動矩 動矩 橫坐標的交點為最大啟動頻率。區(qū)為單向工作區(qū)，在此區(qū)電機不能直接啟動，若電機不停止、啟動和換向，在此區(qū)域內(nèi)圖 動矩頻特性及運行矩頻特性曲線關(guān)系圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 工作，電機不會失步。為了在區(qū)內(nèi)工作，電機必須首先在區(qū)內(nèi)工作，然后利用控制加速度斜坡，轉(zhuǎn)變到區(qū)。若達到不失步停止時，也要在限制加速度的條件下，由區(qū)轉(zhuǎn)移到區(qū)，在減速時慣性反作用力矩為負，對電機有利。區(qū)為失步區(qū)域，在任何情況下都是不允許的。 進電機升降速控制討論 在步進電機的運行過程 中，將可能出現(xiàn)失步，其失步原因有兩種 ： 就是低于換相速度而產(chǎn)生的。 這是因為輸入電機的電能不足，在步進電機中產(chǎn)生的同步力矩無法使轉(zhuǎn)子速度跟 隨定子磁場的旋轉(zhuǎn)，從而引起失步。 時定子通電勵磁的時 間較長，大于轉(zhuǎn)子步進一步所需要的時間，則轉(zhuǎn)子在步進過程中獲得過多的能量， 從而產(chǎn)生前沖和后沖的擺動振蕩，當振蕩足夠嚴重時就會導致失步。 以步進電機三相單三拍通電方式為例分析步進電機的失步。如圖 B 相斷電，接通 C 相時，轉(zhuǎn)子齒 2、 4 與 B 相磁極對齊而轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)子齒 1、 3 與 C 相磁極對齊 (圖 c)，若是由于某一原因造成轉(zhuǎn)子的阻轉(zhuǎn)矩大于電磁轉(zhuǎn)矩的作用，則轉(zhuǎn)子齒 1、3 沒有轉(zhuǎn)到與 C 相磁極對齊的位置，而停留在原處未動的位置 (圖 b)那么當 C 繞組斷電再接通 A 相時，受 A 相磁極影響最大的轉(zhuǎn)子齒 1、 3 仍返回到與 A 相磁極對齊 (圖 a)。由此可見，當步進電機發(fā)生失步時，往往丟掉一個通電循環(huán)的步數(shù)或其整數(shù)倍。也就是說步進電機運行時失步的規(guī)律是，所失的步數(shù)是通斷電循環(huán)拍數(shù)的整數(shù)倍。 圖 動矩頻特性及運行矩頻特性曲線關(guān)系圖 同理在停止過程中，如果負載超過步進電機的極限制動能力，步進電機將產(chǎn)生滑步或過沖。丟掉的步數(shù)也是循環(huán)拍數(shù)的整數(shù)倍。 所以要使步進電機快速的達到所要求的速度又不失步或過沖，其關(guān)鍵在于使加速過程中加速度所要求的轉(zhuǎn)矩既能充分利用各個運行頻率下步進電機所提供的轉(zhuǎn)矩，又不能買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 超過這個轉(zhuǎn)矩。 正由于步進電機失步的原因，需要對步進電機進行升降速的定位控制，運行速度都需要一個加速 恒速 減速 低恒速 停止的過程，如圖 示。各種系統(tǒng)在工作的過程中，都要求升降速過程時間盡量的短，恒速時間盡量長。特別是在要求快速響應(yīng)的工作中，從起點到終點運行的時間要求最短，這就必須要求加速、減速的過程最短，而恒速時的速度最高。 以前一般的升降速規(guī)律設(shè)計，常常選擇按直線規(guī)律升降速，它的脈沖頻率的變化有一個恒定的加速度。在步進電機不失步的條件下，驅(qū)動脈沖頻率變化的加速度和步進電機轉(zhuǎn)子的角加速度成正比。步進電機轉(zhuǎn)子的角加速度是由步進電機的輸出力矩決定的，步進電機的輸出力矩隨著驅(qū)動脈沖頻率的上升而下降，也就要求步進電機轉(zhuǎn)子的角加速度隨著脈沖 頻率的上升而下降，而采用直線規(guī)律的升降速卻使步進電機轉(zhuǎn)子的角加速度保持不變。所以，只有在步進電機的轉(zhuǎn)矩隨脈沖頻率的上升保持恒定時，直線規(guī)律的升降速才是理想的升降速曲線，而當步進電機的轉(zhuǎn)矩隨脈沖頻率的上升而下降時 ，它就不是理想的升降速曲線，它不能保證在升降速的過程中步進電機轉(zhuǎn)子的角加速度的變化和它的輸出力矩變化相適應(yīng)，未能很好的的發(fā)揮電機的加速性能。如果要求電機盡可能快的加速，則所有頻率下都必須產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩，以這個轉(zhuǎn)矩克服負載并加速系統(tǒng)慣量。 圖 進電機直線規(guī)律升降速曲線 本設(shè)計按照步進電機的動 力學方程和矩 為矩 在該頻率下作為負載加給步進電機的最大轉(zhuǎn)矩。因此把矩 但不能超過 )的最大輸出轉(zhuǎn)矩來擬訂升降速脈沖序列的分布規(guī)律，就接近于最大轉(zhuǎn)矩控制的最佳升降速規(guī)律。這樣能夠使得頻率增高時，保證輸出最大的力矩，即能夠?qū)ψ畲蟮牧剡M行跟隨，能充分的發(fā)揮步進電機的工作性能，使系統(tǒng)具有良好的動態(tài)特性。具體的控制算法見第三章。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第三章 控制系統(tǒng)的數(shù)學模型 由 分析可知，把矩 性作為加速范圍下可以達到 (但不能超過 )的最大輸出轉(zhuǎn)矩來擬訂升降速脈沖序列的規(guī)律，就接近于最大轉(zhuǎn)矩控制的最佳升降速規(guī)律。所以用步進電機的動力學方程和矩 用單片機對其進行離散控制。 進電機升速的控制算法 在步進電機的控制系統(tǒng)中，如圖 3一個電脈沖信號，步進電機就轉(zhuǎn)動一個角度或前進一步。設(shè)輸入為脈沖數(shù) N ，輸出為轉(zhuǎn)角 ，則 (s為步矩角 )，這就是步進電機輸入 /輸出的比例關(guān)系。 圖 進電機與驅(qū)動電路特性框圖 步進電機的旋轉(zhuǎn)物體動力學方程式為： 22 (3式中 T 為輸出力矩， J 為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量， B 為阻尼系數(shù)， 負載轉(zhuǎn)矩， 為轉(zhuǎn)子位置，如 為電機的回轉(zhuǎn)角速度，則 (3用 表示的方程為： (3如 驅(qū)動脈沖的頻率f 表示，由 ，有 ，則式 (3為： (3如果電機盡可能快的加速，則所有頻率下都必須產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩，由式 (3進電機的運動一定滿足下式： (3式中 步進電機輸出轉(zhuǎn)矩。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 假設(shè)矩 電機的輸出轉(zhuǎn)矩可由下式求出： M 0 (30k 為假定輸出轉(zhuǎn)矩按直線變化時的斜率，f 0，mf(k 0)為對應(yīng)負載轉(zhuǎn)矩 0)下步進電機的最高運行頻率。 可得在速度工作范圍內(nèi)，運動方程為： 0即 0)()(0 (3假設(shè)電機從零開始升速，即初始值 0,0 ， (3方程的解為： 1 (3式中， ， 0。 (3圖 進電機的矩 如果忽略阻尼轉(zhuǎn)矩，即阻尼系數(shù) 0B ，那么mc ，否則實際的指數(shù)規(guī)律曲線中的 是決定升速快慢的時間常數(shù)，其數(shù)值可由 (3理論計算得出，實際工作中也可由實驗來確定。 (3表明驅(qū)動脈沖的頻率 f 應(yīng)隨時間 t 作指數(shù)規(guī)律上升，這樣就可以在較短的時間內(nèi)使步進電機的轉(zhuǎn)速上升至要求的運行速 度。鑒于大多數(shù)的步進電機的矩 以上述的控制規(guī)律為最