《基于单片机的步进电机调速电路设计》修改意见稿
1、“.....它可以不用借助位置传感器而只需要简单的开环控制就能达到足够的位置精度,因此应用很广。步进电机的位置控制需要两个参数第个参数步进电机控制执行机构当前的位置参数我们称为绝对位置,绝对位置时有极限的,其极限时执行机构运动的范围,超越了这个极限就应报警。第二个参数从当前位置移动到目标位置的距离我们可以用折算的方式将这个距离折算成步进电机的步数,这个参数是外界通过键盘或可调电位器旋钮输入的,所以折算的工作应该在键盘程序或转换程序中完成。对步进电机位置控制的般作法是步进电机每走步,步数减,如果没有失步存在,当执行机构到达目标位置时,步数正好减到,因此,用步数等于来判断是否移动到目标位,作为步进电机停止运行的信号。步进电机的加减速控制步距角和转速大小不受电压波动和负载变化的影响,也不受各种环境条件诸如温度压力振动冲击等影响,而仅仅与脉冲频率成正比......”。
2、“.....并能实现快速起动制动正反转加减速,而且有自锁的能力,不需要机械制动装置,不经减速器也可获得低速运行。主要用于数字控制系统中,精度高,运行可靠。如采用位置检测和速度反馈,亦可实现闭环控制。当步进电机的运行频率低于它本身的起动频率时,步进电机可以用运行频率直接起动,并以该频率连续运行,需要停止的时候,可以从运行频率直接降到零速。此时,电机运行于恒速状态,无需升降频控制。当步进电机的运行频率为步进电机有载起动时的起动频率时,若直接用起动,由于频率太高,步进电机会丢步,甚至产生堵转。同样,在频率下突然停止,步进电机会超程。因此,当要求步进电机在运行频率下正常工作时,就需要采用升降频控制,以使步进电机从启动频率开始,逐渐加速升到运行频率,然后进入匀速运行,最后的降频可以看作是升频的逆过程。步进电机常用的升降频控制方法有种直线升降频。如图所示......”。
3、“.....平稳性好,适用于速度变化较大的快速定位方式。加速时间虽然长,但软件实现比较简单。∆∆图直线升降频指数曲线升降频。如图所示,这种方法是从步进电机的矩频特性出发,根据转矩随频率的变化规律推导出来的。它符合步进电机加减速过程的运动规律,能充分利用步进电机的有效转矩,快速响应性能较好,升降时间短。指数升降控制具有较强的跟踪能力,但当速度变化较大时平衡性较差,般适用于跟踪响应要求较高的切削加工中。抛物线升降频。如图所示,抛物线升降频将直线升降频和指数曲线升降频融为体,充分利用步进电机低速时的有效转矩,使升降速的时间大大缩短,同时又具有较强的跟踪能力,这是种比较好的方法。图升降频指数曲线图抛物线升降频步进电机在升降频过程中,脉冲序列的产生,即两个脉冲时间间隔的软件确定,有种方法递增递减定值和查表法。递增递减定值。如线性升降频......”。
4、“.....其对应的时间增量∆也是相等。时间的计算若采用软件延时的方法,可先设置个基本的延时单元,不同频率的脉冲序列可由的不同倍数产生。设起动时所用频率对应的时间常数为以后逐次递减∆设∆,直到等于运行频率所对应的时间为止。这种方法编程简单,节省内存。时间计算也可采用定时中断的方法,可将定时常数逐次递增递减定值,实现升降频控制。因其定时不是连续的,所以升降速曲线不是条直线,而是折线,但可近似看成直线。查表法。为了对步进电机实现最佳升降频控制,缩短电机的升降频时间,可从步进电机矩频特性出发进行分析。由步进电机的矩频特性见图可知,转矩是频率的函数即角加速度,为电机的转动惯量,它随着的上升而下降,所以它呈软的特性。图步进电机的矩频特性曲线当频率较低时,转矩较大,对应的角加速度出也较大,所以升频的脉冲频率增加率应取得大些当频率较高时,较小,也较小,此时,升频的脉冲频率增加率妒应取小些......”。
5、“.....会由于无足够的转矩而失步。因此,根据步进电机的矩频特性,可以看出在步进电机的升频过程中,应遵循先快后慢的原则。按此要求,从开始升频到升至之间,按最佳升频要求的频率取出并将它们所对应的脉冲间隔时间依次存于内存的个数据区,如表所示称阶梯频率表。考虑到步进电机的惯性作用。在升速过程中,如果速率变化太大,电机响应将跟不上频率的变化,出现失步现象。因此,每改变次频率,要求电机持续运行定步数称阶梯步长,使步进电机慢慢适应变化的频率,从而进入稳定的运行状态。根据最佳升降频控制规律,可推出步进电机的频率步长关系曲线如图所示。表阶梯频率表序号频率时间备注最低频率数据来源年电机技术及应用步数图频率步长曲线表阶梯步长表序号步长脉冲∆∆∆∆数据来源年电机技术及应用最高频率降频←升频这样,升频时除需将阶梯频率表存于内存的个数据区内外,还需建立另个数据区,用来存放阶梯步长如表所示。在升频过程中......”。
6、“.....分别得到和所对应的∆,实现升降频控制。软件上的具体做法是将和∆在中交替存放如表所示,程序执行时按顺序取数,每次取出个频率和该频率对应的步长。表频率步长表∆∆∆数据来源年电机技术及应用程序设计通过分析可以看出,实现系统功能可以采用多种方法,由于随时有可能输入加速加速信号和方向信号,因而采用中断方式效率最高,这样总共要完成个部,,,附录附录系统总图附录源程序启动开关换向开关加速按钮减速按钮用和来控制和的启动定时器模式工作方式十六位计数器允许定时计数器溢出中断总开关允许中断允许外部中断中断允许外部中断中断高八位低八位定时计数器停止计数定时计数器启动计数,外部中断外部中断分的工作才能满足课题要求,即主程序部分定时器中断部分外部中断和外部中断部分,其中主程序的主要功能是系统初始参数的设置及启动开关的检测,若启动开关合上则系统开始工作......”。
7、“.....它决定了步进电机转速的快慢两个外部中断程序要做的工作都是为了完成改变速度这功能。下面分析主程序与定时器中断程序及外部中断程序。主程序设计主程序中要完成的工作主要有系统初始值的设置系统状态的显示以及各种开关状态的检测判断等。其中系统初始状态的设置内容较多,该系统中,需要初始化定时器外部中断对口送初值以决定脉冲分配方式,速度值存储区送初值决定步进电机的启动速度,对方向值存储区送初值决定步进电机旋转方向等内容。若初始化速度和方向初始值均设为,就意味着步进电机按四相单四拍运行,系统上电后在没有操作的情况下,步进电机不旋转,方向值显示,速度值显示,主程序流程图如图所示。初始化显示停止计时器停止计时器启动计时器延时是否启动速度为开始图主程序流程图定时中断设计步进电机的转动主要是给电机各绕组按定的时间间隔连续不断地按规律通入电流,步进电机才会旋转,时间间隔越短,速度就越快......”。
8、“.....这个时间间隔是用定时器重复中断定次数产生的,即调节时间间隔就是调节定时器的中断次数,因而在定时器中断程序中,要做的工作主要是判断电机的运行方向发下个脉冲,以及保存当前的各种状态。程序流程图如图所示。中断入口保护现场重送相关状态发正向脉冲中断返回恢复现场读方向指示正向发反向脉冲图定时中断程序流程图外部中断设计外部中断所要完成的工作是根据按键次数,改变速度值存储区中的数据该数据为定时器的中断次数,这样就改变了步进电机的输出脉冲频率,也就是改变了电机的转速。速度增加按钮为中断,其程序流程为原数据,当值等于时,不改变原数值返回,小于时,数据加后返回速度减少按钮,当原数据不为,减保存数据,原数据为则保持不变。程序流程图如图所示......”。
9、“.....并且进行了硬件结构和软件的设计,实现了通过按键控制电机运行,且电机执行命令时有速度显示。本文主要研究结论如下本设计中,根据单片机原理,设计了能够通过按键控制的带有数码显示的执行元件即步进电机,实现了电机的基本功能,达到了研究目的。硬件电路中以单片机为核心进行了按键输入最小系统电源电路数码管显示和电机驱动的设计。软件采用语言的方式,在单片机环境上进行相应软件的编写,进行了键盘显示和电机驱动模块等软件设计,实现了良好的人机交互。经测试硬件和软件,单片机能够识按键指令,并带有数码管显示,实现了步进电机的启动加速减速换向的功能,达到设计要求。存在问题没有速度检测装置,不能进行测速,没有反馈模块,不能进行速度的校正,控制精度较低。改进方向增加速度检测装置,提高速度控制精度采用方法进行调速,可以增加选择速度级别控制......”。
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