步进电机驱动器的设计.doc

乌海职业技术学院电力工程系

2017届毕业生毕业论文

题目：步进电机驱动器的设计

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摘要

第1章绪论1

1.1步进电机控制研究背景1

步进电机概述1

步进电机的种类2

两相混合式步进电机3

1.2步进电机驱动技术概述3

步进电机驱动技术4

细分驱动技术5

1.3国内外相关领域研究现状6

1.4课题研究的目的7

第2章两相混合步进电机驱动器的整体设计方案8

2.1驱动器系统功能需求9

2.2驱动器系统硬件构架10

2.3两相混合步进电机驱动器软件系统构架10

第3章两相混合步进电机驱动器的硬件构成12

3.1单片机最小系统设计12

3.2电源处理电路设计13

3.3保护电路设计14

3.4主驱动电路设计14

3.5OC门与光电隔离电路16

第4章两相混合步进电机驱动器的软件设计17

4.1系统初始化及主流程17

4.2占空比存放器18

4.3定时器PWM输出配置19

第5章关键技术处理20

5.1解决超调与功率管发热问题的PWM机制优化处理方法20

5.2电机驱动器可扩展处理技术20

第6章结论22

参考文献23

致谢24

摘要

随猎微电子技术、计算机技术以及控制技术的不断开展，式步进电机的驱动技术的开展越来越快，步进电机的应用需求越来越大。步进电机不能直接接入电源进行工作，它必须使用专用设备进行驱动，因此.步进电机的运行性能除了受本身性能的影响外，很大程度上还取决于其驭动器的好坏。目前市场上的步进电机驱动器根本都是单电机的驱动器。即一个驱动器只能驱动一个步进电机，这样对于需要应用多台步进电机的场合.必须购置多台驱动器，这样无疑加大了生产本钱和产品的空间体积。因此，对于步进电机控制系统而言，开发一套新型的能满足多路输出的高精度高稳定性步进电机驱动器器具有极其重要意义。

关健词:步进电机；单片机；可扩展性

第1章绪论

随着运动控制系统中数字化技术的开展与成熟，步进电机在工业自动化控制中得到了广泛的应用.步进电机是一种完成数字信号模拟信号转换的执行元件，它区别于其他控制用途电动机的最大特点是:能接收数字控制信号(电脉冲信号)，并将这些脉冲信号转换成与之相对应的角位移或直线位移.步进电机必须与相应的驱动电路配合使用，其工作性能在很大程度上取决于所使用的驱动电路的类型和实际参数，因此，步进电机驱动电路的设计是步进电机控制系统中的关键.众所周知:电动机的各相绕组之间、定转子之间存在一定的强祸合，电磁关系也有较严重的非线性，但就其本质而言，对I台步进电机的控制，就是按一定的相序向其相线圈提供驱动信号，同时对各相电流进行控制，从而产生必要的转矩以驱动电机旋转.本文简要介绍三相反响式步进电机的一种驱动电路的设计.

1.1步进电机控制研究背景

1.1.1步进电机控制研究背景

步进电机作为机电一体化的关键产品之一，有着广泛的应用。步进电机是一种根据电磁学原理，采用组合电进铁理论，利用定转子之间的磁场作用，将电脉冲转化为机械能的执行机构.在结构上，电动机定转子都采用凸极结构，各绕组之间的磁场彼此孤立。步进电是一种离散型自动化执行元件.以一定的步距角一步一步做增量运动，其转速和运行的距离不受负级变化的影响。只取决于给定脉冲信号的频率和数量。利用现代数字控制技术，可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，实现准确的定位控制:同时可以通过改变脉冲频率和变化快慢来控制步进电机转动的速度与加速度，从而实现调速的目的.它含有以下优势:

1)无累计误差.步进电机的每步精度在30/u5%之间，在不失步的前提下其的角位移和物入脉冲数严格成正比，不会将一步的误差积累到下一步，有较好的位w精度和运动的重复性.

2)动态响应快，有优秀的启停、反转响应。

3)没有电刷，电机可书性高，寿命长。

4)电机的响应由愉入的数字脉冲确定，可以开环控制，控制结构简单可靠，价格低廉。

5)电机通电停转时候转矩最大，实现停止自锁。

6)速度正比于脉冲频率，可调的转速范围宽:易于控制，只擂要控制给定脉冲的频率和个效.即可到达调速和精确定位的目的。正是由于这些优点，步进电机被广泛应用于自动控制系统中，是数字开环控制系统理想的执行元件。尤其是80年代以后，随着徽处理器的开展和应用，给步进电动机的推广带来了广阔的前景.但是，在性能上步进电机也有明显的缺乏之处.

1)控制不当容易发生共振和失步现象，且低速时嗓声比拟大。

2〕难以获得较大的转矩.

3)高速时因力矩衰减容易造成失步。

1.1.2步进电机的种类

步进电机在构造上分为三种主要类型:反响式(VariableReluctance，简称VR)步进电机、永磁式(