基于单片机的步进电机控制系统的设计【文献综述】.doc

1、毕业论文文献综述 机械设计制造及其自动化 基于单片机的步进电机控制系统的设计 随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便于生活的自动控制系统开始进入了人们的生活，以单片机为核心的自动 控制 系统就是其中之一。同时也标志了自动控制领域成为了数字化时代的一员。它实用性强，功能齐全，技术先进，使人们相信这是科技进步的成果。它更让人类懂得，数字时代的发展将改变人类的生活，将加快科学技术的发展。 传统的步进电机控制方法是由触发器产生控制脉冲来进行控制的，当步进电机参数发生变化时，需要重新进行控制器的设 计。而且，传统的触发器构成的控制系统，控制电路复杂、控制精度低、生产成本高。以微电

2、子芯片为控制核心，以电力电子功率变换器为执行机构，在自动控制理论的指导下组成的控制系统，能通过控制电机转速或转矩进而控制生产机械或运动部件按照人们所希望的规律运动。克服了传统控制器的缺点，满足工业生产新的控制要求，体现了更大的优越性 ,因此广泛应用于数字控制系统中。如今各领域步进电机无处不在，高精度，实时监控的步进电机控制系统具有重要意义和实用价值。 单片机是单片微型计算机的简称，是微型计算机的一个重要分支。单片机由单块 集成电路芯片构成，内部含有计算机的基本功能部件：中央处理器 CPU、存贮器和 I/O 接口电路等。单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。 由于

3、单片机的这种结构形式及它所采取的半导体工艺，使其具有很多显著的特点，因而在各个领域都得到了迅猛的发展。单片机主要特点如下：（ 1）有优异的性能价格比。（ 2）集成度高、体积小、有很高的可靠性。（ 3）控制功能强。（ 4）低功耗、低电压，便于生产便携式产品。（ 5）单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。 由于单片机具有显著的优 点，它已成为科技领域的有力工具 ， 它的应用遍及各个领域，主要表现在以下几个方面： （ 1） .单片机在智能仪表中的应用 。 单片机广泛地用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，并可以提高测量的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能

4、价格比。（ 2） 单片机在实时控制中的应用 。 单片机广泛地用于各种实时控制系统中。例如，在工业测控、航空航天、尖端武器、机器人等各种实时控制系统中，都可以用单片机作为控制器。单片机的实时数据处理能力和控制功能，可使系统保持在最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品质量。 （ 3） 单片机在分布 式多机系统中的应用 。 在比较复杂的系统中，常采用分布式多机系统。多机系统一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互联系、协调工作。单片机在这种系统中往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时的测量和1 控制。 目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展

5、 ， 趋势将是进一步向着 CMOS 化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。随着半导体集成工艺的不断发展，单片机的集成度将更高、体积将更小、功能将更强。 步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机 ，国外一般称为 Stepping motor、 Pu1Se motor 或 Stepper servo，其应用发展己有约 80年的历史。 步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件，每输入一个脉冲电机转轴步进一个步距角增量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲频率。 可以说步进电动机天生就是一种离散运动的装置，是纯粹的数字

6、控制电动机，步进电机驱动器通过外加控制脉冲，控制步进电动机各相绕组的导通或截止，从而使电动机产生步进运动。就是说给一个电脉冲信号，电动机就转过一个角度 或者前进一步，其输出转角、转速与输入脉冲的个数、频率有着严格的比例关系。这些关系在负载能力范围内不随电源电压、负载大小、环境条件等的变化而变化。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，同时步进电机只有周期性的误差而无累积误差，精度高。步进电动机可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速、快速起停、正反转控制等，这是步进电动机最突出的优点。 近年来由于微型计算机方面的快速发展，使步进电机

7、的控制发生了革命性变革。优点明显的步进电机被广泛应用在电子计算机的 许多外围设备中，例如打印机，纸带输送机构，卡片阅读机，主动轮驱动机构和存储器存取机构等，步进电机也在军用仪器，通信和雷达设备，摄影系统，光电组合装置，阀门控制，数控机床，电子钟，医疗设备及自动绘图仪，数字控制系统，工具机控制，程序控制系统以及许多航天工业的系统中得到应用。因而，对于步进电机控制的研究也就显得重要了。 在实际工作过程中，各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范围内。一般地说最大静力矩 Mjmax 大的电机，负载力矩大 。 本论文首先简单介绍了步进电机的应用和发展的历史，然后介绍了步进电机常见的控制系 统方案和常

8、见的驱动方案，在这个基础上提出了自己的设计目的，即设计一套硬件系统较简单、经济，但功能较为齐全，适应性强，操作方便，交互性强，可靠性高，而且能在目前的职业教学中得到事半功倍的教学效果的步进电机控制系统。接着用较大的篇幅介绍了步进电机的特点、分类和工作原理，然后用模块化的思想分别阐述了所要设计的系统的功能和操作、硬件设计、软件设计。 参考文献 1 王福瑞 ,等 .单片机微机测控系统设计大全 M.北京 :北京航空航天大学出版社 ,1998. 2 陈理壁 .步进电机及其应用 M.上海 :上海科学技术出版 社 ,1989. 3 刘保延 ,等 .步进电机及其驱动控制系统 M.哈尔滨 :哈尔滨工业大学出版

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