环形分配器的设计
环形分配器的设计
摘要
步进电动机突出的优点是它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，并且由其组成的开环系统既简单、廉价，且非常可靠，因此在众多领域有着极其广泛的应用。
步进电动机必须和驱动控制器配合使用，而不能直接接到交直流电源上工作。当要求步进电动机有更小的步距角，更高的分辨率(即脉冲当量)，或者为减小步进电机本身所固有的低频振动、噪声等问题时，细分是唯一的解决途径。
随着电力电子技术的发展，单片机的性价比日益提高，考虑到成本因素，本文介绍了一种基于单片机的两相混合式步进电机细分驱动控制系统。本系统采用8位AT89C51单片机作为核心控制器件，采用IR2110驱动芯片作为功率驱动器件，结合电流反馈电路实现对两相混合式步进电机的细分控制。
在控制方法上，本文通过分析两相混合式步进电机的运行原理，设计了恒频斩波恒相流驱动电路，在此基础上采用恒频斩波与可变细分相结合的控制策略。通过PWM方式控制各相绕组电流，使其按阶梯正旋规律改变大小和方向，实现将步进电动机一个整步均分为若干个更细的微步。
关键词：混合式步进电机细分控制脉宽调制单片机
Abstract
The advantages of stepping motor are regulating-rate,quickly rise-stop,positive-reve
rse controlling and brake etc by changing the frequency of pulse.The stepping motoropening-ring system is simple,cheap,stable and reliable,therefore its application is veryextensive in many realm.
Only when it is connected to a special equipment—stepping motor driver,steppingmo
tors can work properly.Microstep have to be considered when smaller step angle,betterresolving ability is needed or to solve the problem of vibrancy,noise and so on.Microsteptechnique can make the step-angle smaller,improve the resolving ability and solve theproblem of vibrancy,noise.As a result,it makes stepping motor more suitable to be used iadvanced control .
The thesis develops a SCM-based subdivided control system for two-phase hybridste
pping motor.This system is mainly constructed from an AT89C51 SCM which is usedas the core of control parts and a driver IR2110which is used as driving https://www.360docs.net/doc/1119318036.html,bined with other circuits and apparatus,the system fulfills the subdivided control of two-phase hybrid stepping motor.
As the development of power electronics,the function of single chip computerbecom
es more powerful and the price becomes cheaper. its mathematics model.Through the chopperwith constant frequency PWM and constant current combined with variable subdivision,bymeans of PWM control to the phrase winding current in order to adjust its amplitude anddirection in the principle of ladder sinusoid form,we can fractionize the step-angle toMicrostep.
Key words:hybrid stepping motor subdivided control PWM SCM
目录
摘要 ....................................................................................................................................... I Abstract .............................................................................................................................. II 绪论 .. (1)
1 课题研究内容及主要任务 (2)
2 相关设备简介 (3)
2.1 步进电动机驱动技术概述 (3)
2.2 步进电动机细分驱动技术研究现状 (4)
3 混合式步进电机工作原理及其驱动系统 (6)
3.1 混合式步进电机的结构组成特点 (6)
3.2 混合式步进电机的工作原理 (7)
3.3 步进电机驱动系统概述 (8)
3.4 混合式步进电机的细分驱动 (9)
3.4.1 细分驱动原理 (9)
3.4.2 等电流细分驱动 (10)
3.4.3 等步距角细分驱动 (11)
4 硬件设计 (12)
4.1 硬件电路总体概述 (13)
4.2 控制芯片的选择 (13)
4.2.1 AT89C51单片机功能和特点介绍 (14)
4.2.2 单片机最小系统设计 (16)
4.3 D/A转换电路设计 (19)
4.4 恒流控制电路 (20)
4.5 驱动功放电路的设计 (21)
4.5.1 IR2110功能原理及应用简介 (21)
4.5.2 主电路的相关计算及器件选择 (25)
4.6 过流保护电路 (25)
4.7 系统供电电源简介 (26)
5 驱动器的软件设计 (27)
5.1 AT89C51单片机软件编程 (27)
5.1.1 单片机编程语言的选择 (27)
5.1.2 AT89C51单片机软件系统介绍 (29)
5.2 死区时间的考虑 (32)
结论 (33)
致谢 (34)
参考文献 (35)
绪论
步进电机是将电脉冲信号变换成角位移或直线位移的执行部件。一般电动机都是连续转动的，而步进电动机则有定位和运转两种基本状态，当有脉冲输入时步进电动机一步一步地转动，每给它一个脉冲信号，它就转过一定的角度。步进电动机的角位移量和输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步，因此只要控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电的相序，便可获得所需的转角、转速及转动方向。在没有脉冲输入时，在绕组电源的激励下气隙磁场能使转子保持原有位置处于定位状态。步进电机还具有快速启动、精确步进和定位等特点，因而在数控机床，绘图仪，打印机以及光学仪器中得到广泛的应用。步进电动机已成为除直流电动机和交流电动机以外的第三类电动机。传统电动机作为机电能量转换装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。
现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。永磁式步进电机一般为两相，转矩和
体积较小，步进角一般为7.5度或15度；反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛，也是本次细分驱动方案所选用的步进电机。
1 课题研究内容及主要任务
本课题以二相混合式步进电机为控制和驱动对象，采用微步驱动和恒流斩波等先进技术，基于单片机开发研制高性能的多细分的步进电机驱动器。目的是使混合式步进电机的低频性能和高频性能能同时得到相应的改善。
主要研究内容有:
（1）电机工作原理和多种控制方法；
（2）二相混合式步进电机斩波恒流驱动技术，保证电机合成磁场幅值恒定，实现电机恒转矩控制；
（3）二相混合式步进电机绕组的过流保护问题。
主要完成的工作有:
（1）系统总体方案设计
阅读并比较文献资料中已有的控制方案，确定出系统总体方案；
（2）系统硬件电路的设计
在硬件设计方面，完成系统硬件电路的设计，包括元器件的比较和选择、系统电路原理图的设计；
（3）系统数字控制部分软件的设计
按照系统技术指标的要求，对系统进行合理的分析与规划，确定软件流程、系统软件整体结构设计、系统各部分功能的软件实现。
2 相关设备简介
2.1 步进电动机驱动技术概述
随着科学技术的发展，步进电机的驱动电路也不断改进，发展了好几种驱动方式。一般而言，步进电机的驱动方式有以下几种：
（1）单电压串电阻驱动
单电压串电阻驱动器是最早的驱动器，是实现驱动器的基本功能的最简单的电路实现形式。
单电压串电阻驱动主电路采用单管单端结构，串电阻是为了使绕组导通电流上升的前端变陡，改善高频的特性。这种驱动器的主要优点是电路简单，成本低；缺点是运行效率低，电阻能量消耗大，电阻发热还会影响整个系统的工作条件。
（2）双电压驱动
双电压驱动的基本思想是在较低的频率段用较低的电压驱动，而在高频段时用较高的电压驱动，其主电路采用的是双管双端驱动结构。
绕组中串联电阻比不可少，驱动器存在较严重的发热问题。转换频率将整个频域分成两段，特性不连续，在低于、接近转换频率时输出特性下降较大。
（3）高低压驱动
基本思想是在导通相的前沿用高电压驱动提高绕组导通电流的前沿，而在沿过后用低压驱动维持绕组电流。
主电路采用双管双端结构。绕组中不需限流电阻，不存在电阻的发热问题。优点是电机相绕组在很宽的频域都保持很大的平均电流，截止时泻放迅速，扩大了步进电机的运行频域；缺点是低频运行时，绕组的上冲电流比较大，电机的低频域运行不平稳，噪声较大。
（4）斩波恒流驱动
主回路由高压晶体管、电机绕组和低压晶体管串联组成，逆变桥可以是多相H 半桥结构，也可以是H桥。
这类驱动器的优点是单步响应冲量小，能够抑制低频振荡，运行频域宽；缺点是惯性滤波环节影响了系统的动态特性。
（5）细分驱动
细分驱动也称为微步驱动。即：将一个步距角细分成若干个步的驱动方法。细分驱动是美国学者在七十年代中期首次提出，它是建立在步进电机的各相绕组理想对称和距角特性严格正旋的基础上的，通过控制电动机各相绕组中电流的大小和比例，使步距角减小到原来的几分之一至几十分之一。
细分驱动的基本思想是在每次输入脉冲时，不是将相绕组电流全部通入或者切除，而是只是改变相应绕组中额定电流的一部分，这样，电动机的合成磁势也只旋转步距角的一部分，转子的每步运行角度也只有步距角的一部分。利用电流控制技术可以有效的实现步进电机的细分驱动。
细分驱动器有效抑制了步进电机低频运行震荡，控制精度很高，是步进电机驱动器的发展方向【1】。
2.2 步进电动机细分驱动技术研究现状
步进电动机的细分技术实质上是一种电子阻尼技术，其主要目的是提高电机运
转性能，实现步进电机步距角的高精度细分。步进电机细分技术首先由美国学者T.R.Fredriksen在美国增量运动控制系统及器件年会上提出。20世纪70年代中期步进电动机细分驱动技术开始发展起来，它在改善步进电机综合使用性能上有广泛的应用，国内步进电机细分驱动技术在20世纪90年代中期得到较大的发展，广泛地应用于运动控制领域，如数控机床、机器人等。目前国内外步进电机细分技术的最高微步距细分水平为25.5 ",而随着科学和工业技术的发展，这一细分水平对于目前很多要求5 "以下的微步距来说，仍不能满足要求。主要的原因是由于电机“电流-转角”特性的非线性，使得细分控制函数的数学模型很难统一确定，所以获得均匀步距细分电流的数据比较难，这样限制了步进驱动的高精度发展。目前获得细分电流数据常用方法有：
（1）线性函数法
各步电流值以成线性函数关系来确定，优点是简单，但步距角不均匀，容易引起振动和失步，并产生滞后角，限制了细分数的增加。
（2）正弦函数法
以恒幅均匀旋转为目的，同时改变两项电流的大小按正余弦规律变化而建立的数学模型。它是一种基于交流同步电机概念的特殊细分技术，实质是对运行于交流同步状态的步进电机所受的交流模拟信号在一个周期内细分，当细分数相当大时，电机绕组的电流信号就逼近模拟连续信号。这种细分技术理论上实现了恒幅均匀旋转，但事实上由于电机运行的非线性而并非真正实现恒幅均匀的目的。
（3）实验逼近法
用实验的方法，在某一相通通入一定电流而使电机转过一细分角，获得数据，通过多次测试，修正数据，得到细分的阶梯波。这种方法原理上可行，但测量手段复杂，精度难以保证。
（4）模型函数法
结合上面几种方法，先通过试验获得特定系统的细分波形数据，再能过数学处理找到此系统的细分控制模型函数，最后通过此函数确定细分流。
（5）控制函数自动修正法
通过对固化在EPROM中的控制函数值反复测定比较而进行指令修正以获得最佳细分电流。细分控制函数自动修正法控制精度最高，但需用角编码器等等组成一定功能的线路，而角编码器造价很高，对于一般控制系统会使自动修正系统失去应有的意义。
3 混合式步进电机工作原理及其驱动系统
3.1 混合式步进电机的结构组成特点
混合式步进电动机具有完全对称的结构，对提高它的整体性能很重要。它的定转子上开有很多齿槽，这与反应式步进电动机相似，磁路内含有永久磁钢，这与永磁式步进电动机相似；既具有反应式步进电机的高分辨率，每转步数比较多的特点，又具有永磁式步进电机的高效率，绕组电感比较小的特点，故称混合式。混合式步进电机也称为永磁感应子式步进电动机，既可用作同步电动机进行速度控制，也可用作步进电机进行位置开环控制。
混合式步进电机的轴视图和截面图如图3-1所示，它主要由定子和转子两部分组成。定子被分成若干个磁极，每个磁极上绕有励磁线圈，磁极末端有均匀的小齿。极上线圈能以两个方向通电。转子由两段铁心及环形永久磁钢组成，两段铁心装在环形永久磁钢的两端，并且每段铁心的圆周上都均匀分布有一定数量的小齿，两段铁心上的小齿相互错开半个齿距，且小齿的齿距与定子上小齿的齿距相同。环形永
久磁钢轴向充磁，使得同一段铁心上的小齿都具有相同极性，而两块不同段铁心上的齿的极性相反【2】。
图3-1 混合式步进电机的轴视图和截面图
3.2 混合式步进电机的工作原理
不同相数的混合式步进电动机如二相、三相、五相、九相和十五相等，它们的工作原理都基本相同。混合式步进电动机作用在气隙上的磁动势有两个，一个是由永久磁钢产生的磁动势，另一个是由控制绕组电流产生的磁动势。这两个磁动势有时是相加的，有时是相减的，视控制绕组中电流方向而定。
如图3-1所示的是一台四相混合式步进电动机的结构示意图。定子是四相八极，每个定子磁极上有5个小齿，转子上有50个小齿。从电动机的某一端看，当定子的一个极上的小齿与转子的小齿轴线重合时，相邻极上定转子的齿就错开1/4齿距。在图2-1中从I端看，磁极“1”和“5”下定转子齿轴线重合，“2”极下错开1/4齿距，“3”极和“7”极下则定子齿与转子槽的轴线相重合。定子为四相绕组，驱动器供给同极性脉冲。这种情况与驱动器供给正负脉冲而采用两相绕组是完全相同的。当转子上没有磁钢或定子绕组不通电时，电动机基本不产生转矩，只有在转子磁钢与定子磁势相互作用下，才产生电磁转矩。当各相控制绕组中没有电流通过时，气隙中的磁动势仅由永久磁钢的磁动势决定。如果电机的结构完全对称，各个定子磁极下的气隙磁动势将完全相等，电动机无电磁转矩。因为永磁磁路是轴向的，在它的磁路上，总的磁导与转子位置无关。
四相(二相)混合式步进电动机可以在不同的通电方式下运行。当一相通电，例如当A相绕组通电时，转子的稳定平衡位置如图3-2(a)所示。如图3-1所示的电动
机，每相邻两个定子磁极之间所夹的齿距数为50/8=6+l/4。若使转子偏离这一位置，如转子向右偏离了一个角度，则定转子齿的相对位置及作用转矩的方向如图3-2(b)所示。可以看出，在不同端不同极的作用转矩都是同方向的，都是使转子回到稳定平衡位置的方向。由此可见，二相混合式步进电动机的稳定平衡位置是:定转子异极性的极面下磁导最大，而同极性的极面下磁导最小的位置。
当定子各相绕组按A-B-C-D-A的顺序通电，每改变一次通电状态，转子沿ABCD 方向转过1/4齿距，即360/(50×4)=1.8°当定子绕组按双四拍和八拍方式通电时，每改变一次通电状态，转子分别转过1.8°和0.9°每改变一次通电状态，转子转过一个步距角，当通电状态的改变完成一个循环时，转子转过一个齿距。
图3-2 稳定平衡位置及偏离时的作用转矩方向3.3 步进电机驱动系统概述
步进电动机与它的驱动器是一个不可分割的整体。从诞生之日起，电动机本体就与驱动器一起研究、改进和发展。步进电机自身的性能需要通过一个相应的驱动器将其驱动工作后，对其进行测试才能得知好坏。驱动器性能的优劣，会直接影响到步进电机性能的测试结果。电机驱动器必须稳定、可靠且高效地驱动电机旋转。另一方面，衡量驱动器性能的优劣也离不开步进电机的配合，驱动器的性能也都体现在电机运转的性能上。因而，在步进电机系统中，驱动器和步进电机是密不可分的。当电机和负载己经确定之后，不同驱动器引发的步进电机性能上的差异，不仅体现在输出力矩的大小及高频矩频特性上，还体现在电机反应速度、消除电机运转过程中的振动、电机在固有共振点附近运行平稳性等多方面。先进的驱动技术及驱
动器生产工艺的运用是提高步进电机性能的一条有效的途径。随着步进电机驱动技术的不断更新以及用户要求的不断提高，步进电机驱动器产品必定会向着更小型化、高效率、高可靠性、低价位的方向发展。
对于混合式步进电机而言，工作时要求定子磁极的极性交变，通常要求绕组由双极性电源驱动。对电机绕组双极性供电的典型结构H桥式主电路，这种驱动电路较复杂。但是由于集成化的双极性驱动芯片的出现，使其得到广泛应用。应用中对步进电机驱动器的要求是必须能保证步进电机绕组有足够的电压、电流和正确的波形，同时也要保证驱动器功率放大器件安全运行，还应有较高的效率、较小的功耗和较低的成本【3】。
3.4 混合式步进电机的细分驱动
3.4.1 细分驱动原理
我们己经知道步进电机的驱动是靠给步进电机的各相励磁绕组轮流通以电流，实现步进电机励磁磁场合成方向的变化来使步进电机转动的。当要求步进电动机有更小的步距角，或者为减小电动机振动、噪声等原因，可以在每次输入脉冲切换时，不是将定子绕组电流全部通入或切除，而是只改变相应定子绕组电流的一部分，则电动机的合成磁势也只旋转步距角的一部分，转子的每步运行也只有步距角的一部分。这里，定子绕组电流不是一个方波，而是阶梯波，定子绕组电流是台阶式的投入或切除，电流分成多少个台阶，则转子就以同样的步数转过一个步距角。这种将一个步进角细分成若干步的驱动方法，即为细分驱动，又称微步驱动。细分驱动时定子绕组阶梯电流波形示意图如图3-3所示。
图3-3 绕组阶梯电流波形图
如上所述步进电机细分驱动的实质是把对定子绕组改为阶梯形电流波供电。要求定子绕组中的电流以若干个等宽的阶梯上升到额定值。
实际上我们能够实现的是一条多阶梯的梯形曲线来拟合需要的正余弦曲线，所以我们将之称为拟正弦曲线。理论上，只要我们将细分的步长设置的足够细(实际受电机自身性能与控制器性能的影响不可能一直细分下去)此时的两相混合式步进电机在特性上就是一台多极两相永磁同步电机【4】。
3.4.2 等电流细分驱动
细分驱动控制中，每次切入电机绕组的电流是等量变化的，这种方式只需要将最大电流等分为所要实现的细分数，一部分一部分的增加或减小电流。利用这种驱动方式设计的驱动器的设计简单易行，满足一般的设备对步距角的精度要求，图3-4为其驱动电流波形。
图3-4 等电流细分电流波形
经计算，步进电机绕组电流等量变化使步距角具有某种对称性不等变化，步距角不均匀则运行不稳定；相对于整步运行，等电流细分驱动使电机运行性能明显改善，满足一般的运行环境要求。如果细分步距角目的仅仅是改善电机运行的功能而不是增强步进的步距角的分辨率，则常常采用这种方法，性能还有待提高。
3.4.3 等步距角细分驱动
等步距角细分法将步距角等分为所需要的细分数，按照正弦余弦关系将每次变化的电流大小计算出来，较明显的改善步进电机的稳定性，噪声也显著减小。
以8细分法控制两相混合式步进电机为例，给定电流的大小表达式为式(3-1) 。
{sin(*90/8)cos(*90/8)m a
m b k k i I i I ==
(3-1)
若以8位精度来设计步进电机的给定电流，则：
8
()*sin(*90/8)21g k I =- k=0、1 (15)
(3-2)
将g I 转化成二进制码，供VHDL 程序使用。程序运行时，计数器查表后将g I 以数字量输出。
由于本课题对电机步距角的要求不高，并且等电流细分驱动以满足设计要求，故采用等电流细分驱动。
4 硬件设计
4.1 硬件电路总体概述
本文设计的硬件系统框图如图4-1所示:
图4-1 系统框图
系统由单片机控制电路、细分电路、斩波恒流电路、驱动电路、及保护电路等组成。驱动器的控制核心采用AT89C51。单片机AT89C51作为系统的主控单元，它接收外界按键给出的控制信号，包括细分数选择、正反转信号，AT89C51通过对输入信号判断比较，输出存储器中相应的细分电流波形的数字控制信号，信号经过DACO832和放大器转换为相应的模拟电压信号，该信号和电机绕组中的电流经过采样电阻转换成的电压信号进行比较，若反馈信号大于给定电压，则比较器翻转使D 触发器复位输出低电平使驱动芯片截止相应MOSFET达到恒频电流斩波的目的。D/A输出不同的控制电压，绕组中流过不同的电流值。功率驱动电路实现对步进电机的驱动控制。过流保护电路主要是对主功率电路进行保护。
4.2 控制芯片的选择
电动机的数字控制是电动机控制的发展趋势，用单片机对电动机进行控制是实现电动机数字控制的最常用的手段。单片机在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM(EPROM或EEPROM)、时钟、定时/计数器、多种功能的串行和并行FO口。除了以上基本功能外，有的还集成有A/D、D/A等模块，如Intel公司的8098系列。它具有位处理能力、价格低、开发环境完备和开发工具齐全等特点。以单片机为数
字控制核心的系统不仅电路简单，还可以实现较复杂的控制，灵活性和适应性强。
在该控制系统中，通过分析系统的功能，综合考虑驱动器的体积小和成本低等因素，单片机比较适用。现在市场上单片机的种类是很多的，有PIC系列、Motorola 系列、Intel系列8051类单片机等。各个系列的单片机各有所长，在处理速度、稳定性、FO能力、功耗、功能、价格等方面各有优劣。通过比较，最终采用美国ATMEL 公司生产的一种低功耗、高性能CMOSS位单片机AT89C51为控制核心。
4.2.1 AT89C51单片机功能和特点介绍
该单片机引脚图如图4-2所示，各个引脚功能介绍如下:
（1） P0口(39-32):PO口为8位漏极开路双向FO口，每引脚可吸收8个TTL 门电流；
（2） P1口(1-8):Pl口是从内部提供上拉电阻器的8位双向FO口，Pl口缓冲器可接收和输出4个TTL门电流；
（3） P2口(21-28):P2口为内部上拉电阻器的8位双向FO口，P2口缓冲器可接收和输出4个TTL门电流；
（4） P3口(10-17):P3口是8个带内部上拉电阻器的双向FO口，可接收和输出4个TTL门电流。P3口也可作为AT89C51的特殊功能口；
（5） VCC(40):电源端为+5V；
（6） GND(20):接地；
（7） RST(9):复位输入。当振荡器复位时，要保持RST引脚2个机器周期的高电平时间；
（8） ALE/PROG (30):当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲；
（9） PSEN (29):外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期2次万应灭有效。但在访问外部数据存储器时，这2次有效的信号将不出现；
（10） EA/VPP(31):外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。当EA保持低电平时，CPU只访问片外ROM并执行片外程序存储器中的指令。不管是否有内部程序存储器。在FLASH编程期间，.此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)；
（11） XTAL1(19):反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入；
（12） XTAL2(18):来自反向振荡器的输出。
其主要性能和特点如下:
（1）它的指令集和输出引脚均与MCS-51系列兼容；
（2）具有4K字节程序闪存，寿命达1000次写/擦，数据保存时间为10年；
（3）今全静态工作，工作范围OHZ～24MHZ；
（4）三级程序存储器锁定；
（5） 128x8位内部RAM；
（6） 32位可编程I/O线；
（7）两个十六位定时器/计数器；
（8）五个中断源，两个中断优先级；
（9）可编程串行通道；
（10）低功耗的闲置和掉电方式。
从以上可看出AT89C51单片机具有集成度高、可靠性高、处理功能强和速度快等特点，而且它体积小，价格低，外围扩展电路少，这些都完全满足该系统的要求。
大功率步进电机的控制驱动电路
大功率步进电机的控制驱动电路 2009-11-20 由于步进电机的转速仅取决于脉冲频率，不受电压高低、电流大小及其波形的影响，也不受环境温度变化的影响。步进电机的步矩误差不会长期积累，每转一周积累误差就自动变为零。具有自锁能力，定位精度高。当某相或某几相绕组处于通电状态，转子即可被锁住。由于能自锁，电机可停在一些稳定平衡位置上，因此即使开环控制，步进电机也有较高的定位精度。所以在数字控制系统中得到广泛的应用。步进电机的驱动是通过各相有节拍的通断电流来实现的，电机是感性负载，为了快速建立相应电枢电流，输入电压必须达到一定的值，但当电枢电流达到额定值之后，流过电机的相电流较大，在在回路中，必须串接限流电阻。对于大功率步进电机，其限流电阻上的发热功率很大，不仅驱动效率低，而且散热很难解决。为解决此问题，设计了采用高低压驱动电路的脉冲发生器、脉冲计数器和环形分配器。 1 驱动电路 1.1 脉冲产生电路 555定时器构成多谐振荡器来产生脉冲如图1所示。接通电源后，电容被充电，Vc上升，当Vc上升到2／3Vcc时，触发器被复位，同时放电BJTT导通，此时Vo为低电平，电容C 通过R2和T放电，使Vc下降。当Vc下降到1／3 时，触发器又被置位，Vo翻转为高电平。电容器C放电所需时间为： tPL=R2Cln2≈0.7R2C 当C放电结束时，T截止，Vcc将通过R1，R2向电容器C充电，Vc由1／3Vcc 上升到2／3Vcc 所需的时间为： tPH=(R1+R2)Cln2≈0.7(R1+R2)C 当电容C上的电压Vc上升到2／3Vcc时，触发器又发生翻转，如此周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波，其频率为： f=1／(tPL+tPH)≈1.43／(R1+2R2)C 式中tPL - 电容C通过R 的放电时间 tPH - Vcc通过R1，R2向电容C的充电时间 由于555定时器内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。 1.2 环形分配器电路 由74LS191和EPROM27l6组成的脉冲分频器和环形分配器如图2所示。 四相混合式步进电机具有反应式步进电动机和永磁式步进电动机的优点，有双四拍或四相八拍2种励磁方式，拍数都是2的幂，所以计数器可直接使用二进制可逆计数器。选用74LS191，这是一种二-十六进制同步可逆计数器，时钟脉冲从CP端(14脚)接人。计数器的输出QA～QD 连接到EPROM2716的低4位地址线A0～A3，这样可以选通2716的16个地址(00H～0FH)。存储器的内容从数据线读出，用低4位数据线(D0～D3)作为四相驱动器各相输入线。EPROM2716的第4条地址线A4作为励磁方式的转换信号输入端，其它地址都接地。当A4为低电平时，可选通000H～00FH 空间的16个地址；当A4为高电平时，可选通010H～01FH 之间的16个地址。其中001H～01FH 空间为四相八拍状态，存储2个循环，而010H～01FH 空间为双四拍状态，存储4个循环。LS191第5脚为加减法输入控制端，用该输入端作为方
机电一体化
机电一体化：是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成的系统总称。是机械技术及信息技术相互交叉、融合的产物。精密机械技术、微电子技术、信息技术有机结合新形势。 机电一体化的目的：是使系统高附价值化，即多功能化、高效率化、高可靠化、省材料省能源化、并使产品的结构向轻、薄、短、小巧化方向发展、不断满足人们生活的多样化需求和生产的省力化、自动化需求。 解决产品（系统）采用微电子技术所面临的共性关键技术：检测传感技术、信息处理技术、伺服驱动技术、自动控制技术、精密机械技术、系统总体技术 系统必须具有的目的功能：变换（加工、处理）功能；传递（移动、输送）功能；储存（保持、积蓄、记录）功能 机电一体化系统的五大要素（即相应功能）：动力源（提供动力；内脏）；控制器（控制；头脑）；机构（构造；骨骼）；检测传感器（计测；感官）；执行元件（驱动；肌肉） 接口：是各要素或各子系统相接处必须具备一定的联系条件 接口变换、调整功能分为：零接口、无源接口、有源接口、智能接口 接口输入/出功能分为：机械接口、物理接口、信息接口、环境接口 工业三大要素：能量、物质、信息（省能、省资源、智能化） 系统内部功能评价参数：1主功能：系统误差、抗干扰能力、废弃物输出、变换效率。2动力功能：输入能量、能源。3控制功能：控制输出/入口个数、手动操作。4构造功能：尺寸重量、强度。5计测功能：精度 机电一体化系统的设计流程:1根据目的功能确定产品规格、性能指标；2系统功能部件、功能要素的划分；3接口的设计；4综合评价；5可靠性复查；6试调与调试 运动参数：用来表征机器工作运动的轨迹、行程、方向和起、止点位置正确性的指标 动力参数：用来表征机器输出动力大小的指标。力、力矩、功率。 品质指标：用来表征运动参数和动力参数品质的指标。 机电一体化系统设计考虑方法：机电互补法；结合（融合）法；组合法 机电一体化系统的设计类型：开发型设计；适应性设计；变异性设计 设计程序分为：总体设计、部件的选择与设计、技术设计与工艺设计 总体设计：明确设计思想；分析综合要求；划分功能模块；决定性功能参数；调研类似产品；你定总体方案；方案对比定性；编写总体设计论证书 设计准则要考虑：人、机、材料、成本等。产品的可靠性、适用性与完善性设计最终可归结于在保证目的功能要求与适当寿命的前提下不断降低成 设计规律：根据设计要求首先确定离散元素间的逻辑关系，然后研究其相互间的物理关系，这样就可以根据设计要求和手册确定其结构关系，最后完成全部设计工作；其中确定逻辑关系阶段是关键，逻辑关系不合理，其设计必然不合理 功能结构的基本形式分为：链状结构；平行结构；反馈过程的闭式结构 现代设计方法：计算机辅助设计与并行工程、虚拟设计、快速响应设计、绿色设计、反求设计。绿色设计：就是在新产品的开发阶段，就考虑其整个生命周期内对环境的影响，从而减少对环境的污染、资源的浪费、使用安全和人类健康等所产生负作用 执行元件：是工业机器人、CNC机床、各种自动机械、信息处理计算机外围设备、办公室设备、车辆电子设备、医疗器械、各种光学装置、家用电器等机电一体化系统必不可少的驱动部件。如数控机床的主轴转动、工作台进给运动所用的驱动部件等。该元件是机械运行机构与微电子控制装置连接部位的能量转换元件。 执行元件按使用能量的不同分为：1电气式（实用、易得）：是将电能变成电磁能，并用该电磁力驱动运行机构运动。2液压式（转矩/惯量比大，过载能力强，高加减速驱动）：是将电能变换为液压能并用电磁阀改变压力有的流向、从而式液压执行元件驱动机构运行。3气压式（不能在定位精度高场合实用）：与液压式原理相同，只是将介质由油改成了气体。 执行元件的基本要求：惯量小、动力大；体积小、重量轻；便于维修、安装；易于微机控制 控制用电动机的基本要求：1性能密度大2快速性好，即加速转矩大，频响特性好3位置控制精度高、调速范围宽、低速运行平稳无爬行现象、分辨力高、振动噪声小4适应起、停频繁的工作要求5可靠性高、寿命长。 步进电动机：又称脉冲电动机。它是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件
作业3
3-2 实用中的步进电动机为什么采用小步距角？步距角如何确定？ 采用小步距角可使控制越精确。步距角()()zKm b /360z /360/?=??==步数步数拍数齿距θ，式中，K 为状态系数，相邻两次通电相数一致时K=1，如单、双三拍时，反之K=2，如三相六拍时。Z 为齿数，m 为相数。 3-3 步进电动机按工作原理分类有哪几种？各有什么特点？ 按工作原理分有四种： 电磁式（激磁式） 特点：电动机的定子和转子均有绕组，靠电磁力矩使转子转动。 磁阻式（反应式） 特点：气隙小，定位精度高；步距小，控制准确；励磁电流较大，要求驱动电源功率大；电动机内部阻尼较长，当相数较小时，单步运行振荡时间较长；断电后无定位转矩，使用中需自锁定位。 永磁式 特点：步距角大，控制精度不高；控制功率小，效率高；内阻尼较大，单片振荡时间短；断电后具有一定的定位转矩。 混合式（永磁感应子式） 特点：驱动电流小，效率高，过载能力强，控制精度高。 3-4 步进电动机环形分配器由什么确定？如何进行设计？ 步进电动机环形分配器由步进电动机的励磁绕组数（相数）和工作方式来决定。 设计过程： 设置输出端口 设输出口的A0接至U 相，A1接至V 相；A2接至W 相。 设计环形分配子程序 使A0、A1、A2依次送出脉冲信号 设计延时子程序 控制通断节拍 3-5 如何修改环形分配器子程序，以实现步进电动机的反向运行？ 如果要使电动机反转，只需反向依次输出各单元的内容。当输出状态到达表首状态时，则修改指针使下一次输出重新为表底状态。 3-6 步进电动机对驱动电路要求的核心问题是什么？常用驱动电路有哪些类型？各有什么特点？ 核心问题是如何提高步进电动机的快速性和平稳性。常用驱动电路有： 单电压限流型驱动器 特点是线路简单，成本低，低频时响应较好；效率低 双电压驱动电路 特点是功耗小，起动力矩大突跳频率和工作频率高，高频端出力较大；低频振荡加剧，波形呈凹状，输出转矩下降，大功率管的数量要多一倍，增加了驱动电源。 斩波驱动电路 特点弥补了双电压电路波形呈现凹形的缺陷，改善输出转矩下降，使励磁绕组中的电流维持在额定值附近。 升频升压驱动电路 特点是低频时用较低电压供电，高频时用较高电压供电。 细分驱动电路 特点一是不改动电动机结构参数的情况下，能使步距角减小，但细分后的齿距角精度不高，且驱动电源的结构也相应复杂。二是使步进电动机运行平稳，提高均匀性，并能减弱或消除振荡。 3-8 步进电动机步距角的含义是什么？一台异步电动机可以有两个步距角，例如，??5.1/3，这是什么意思？什么是单三拍、双三拍、单双六拍、五相十拍？ 步距角是指每给一个电脉冲信号，电动机转子所应转过角度的理论值。 ??5.1/3表示单、双三拍运行的步距角和三相六拍运行的步距角。 “单”是指每次切换前后只有一相绕组通电，“双”是指每次有两相绕组通电。步进电动机以一种通电状态转换到另一种通电状态就叫做一拍。单三拍表示三相单三拍，双三拍表示三相双三拍，单双六拍表示三相六拍，五相十拍表示该电动机有五相，其含义相当于三相六拍。
AT89C51单片机控制步进电机
摘要 步进电机是一种进行精确步进运动的机电执行元件，它广泛应用于工业机械的数字控制，为使系统的可靠性、通用性、可维护性以及性价比最优，根据控制系统功能要求及步进电机应用环境，确定了设计系统硬件和软件的功能划分，从而实现了基于8051单片机的四相步进电机的开环控制系统。控制系统通过单片机存储器、I/O接口、中断、键盘、LED显示器的扩展、步进电机的环形分频器、驱动及保护电路、人机接口电路、中断系统及复位电路、单电压驱动电路等的设计，实现了四相步进电机的正反转，急停等功能。为实现单片机控制步进电机系统在数控机床上的应用，系统设计了两个外部中断，以实现步进电机在某段时间内的反复正反转功能，也即数控机床的刀架自动进给运动，随着单片机技术的不断发展，单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，自六十年代初期以来，步进电机的应用得到很大的提高。人们用它来驱动时钟和其他采用指针的仪器，打印机、绘图仪，磁盘光盘驱动器、各种自动控制阀、各种工具，还有机器人等机械装置。此外作为执行元件，步进电机是机电一体化的关键产品之一，被广泛应用在各种自动化控制系统中，随着微电子和计算机技术的发展，它的需要量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。步进电机是机电数字控制系统中常用的执行元件，由于其精度高、体积小、控制方便灵活，因此在智能仪表和位置控制中得到了广泛的应用大规模集成电路的发展以及单片机技术的迅速普及，为设计功能强，价格低的步进电机控制驱动器提供了先进的技术和充足的资源。 关键词：步进电机;单片机;精度高;体积小;控制方便。
目录 设计要求 (2) 1.1设计要求 (2) 1.2验收标准 (2) 步进电机原理及硬件和软件设计 (2) 2.1步进电机工作方式 (2) 2.2 总体设计方框图 (5) 2.3 设计原理分析 (6) 2.3.1元器件介绍:步进电机 (6) 2.3.2方案论证 (7) 2.3.3硬件设计 (8) 2.3.4元件清单 (12) 2.3.5 软件设计 (13) 总结 (19) 致谢 (19) 参考文献 (20) 附录 (21)
环形器的电路设计
环形器的电路设计 关键词: 环行器、射频环行器、同轴环行器、带线（嵌入式）环行器、宽带环行器、双节环行器、表面封装环行器、微波环行器、波导环行器、高功率环行器 定义： 环行器是将进入其任一端口的入射波，按照由静偏磁场确定的方向顺序传入下一个端口的多端口器件。环行器是有数个端的非可逆器件。它表明器件从 1 到2，从 2 到 3 和从 3 到1 是导通的。反过来信号从2到1，从3到2和从1到3是隔离的。环形器由磁化的铁氧体片、传输线和输入输出连接器组成。 原理： 环形器的存在是因为发射和接收信号共用一个天线，就要用环形器把信号区分来，使得从发射机里发射到天线上去的信号直接上天线，不至于到接收机里面去，从天线上接收的信号到接收机里面，不至于到发射机。环形器运用的是1/4波长的一个微波原理。 环形器是大功率微波系统及天线网络的基本元件，环形器中的能量是要定向、隔离的。其设计需要利用一些研究的比较透彻的、基于Bosma经典方程式的模型。虽然电脑的运行速度不断加快，而且计算机辅助工程(CAE)软件也日益复杂完善，不过这两个方程依然是大功率环形器的研发和建模的基础。 Y形环形器为采用谐振式单向器件的三端口部件。这三个端口将其与外部连接，一个送入端口1的信号会环行至端口2，但不会传至端口3；也就是端口3与端口1彼此隔离。类似的，一个到达端口2信号会环行至端口3，不过端口1会从端口3被隔离(图1)开。通常，垂直静态磁场中的铁氧体、石榴石圆盘或圆柱被用作为这种单向器件。另外，为了使信号能够环行，得同时满足下面两个方程：
环形器的电路运行解析： 输入信号是由伺服系统中的传感器产生的。指令脉冲控制器决定于具体的伺服控制过程。可采用专用逻辑电路，目前多用单片微型计算机及接口电路组成。环形分配器是将输入的单一脉冲串按工作方式和转向分别依次向连接到步进电机各相绕组的功率放大器分配脉冲，以便形成旋转磁场。环形脉冲分配器多采用专用集成电路如CH250等构成。由此形成的各相的微弱信号经各相的功率放大器放大，产生足够的电磁转矩使电动机旋转。各部分的设计、选型、连接往往要求控制系统的设计者花费大量的精力和劳动。接口信号的匹配以及元器件的质量等对整个系统的可靠性影响很大。 环形器在驱动电路中的动静态分析： 驱动电路一般都有指示灯显示装置并采用了过电、过压、过流等保护措，可靠性较高。当故障发生时，应先从功放电路开始检查，然后逐级向前排查原因，排除故障后合闸运行。故障可从静态、动态两方面分析，静态是指电机各相励磁绕组直通额定电流(按规定的分配方式)，会出现3种情况。 (1) 电流达不到额定数值或各相电流不平衡。这是由于主回路中各相绕组参数不一致而造成的。主回路中包括电动机绕组、限流电阻、晶体管等元件。这些元件参数、特性应做到尽量一致，否则严重不对称时会产生大、小步运行，引发故障。 (2) 某相或某几相无电流。这时应检查连接线是否松开，功率级有无虚焊；熔断器或功放管是否烧断。这类故障很容易排除，即重新连线，将其焊牢或更换元件。 (3) 有电流但电动机产生摆动，不能正常走步。存在两种可能：一种是环形分配器工作不正常，产生错乱；另一种是电动机绕组的相序接错。 以上静态故障可用秒信号送给电机单脉冲走步，在各相绕组中串联直流电流表进行观测。电流表指针摆动规律应与分配器相序一致；各相电流应平衡并达到额定电流值。 关于优译： 优译创立于中国深圳市，注册资金2亿元人民币，是集军民用微波通信器件开发、设计与生产的一体化企业，产品远销海内外。公司成立于2003年，依托产业优势，凭借过硬的专业技术，以国内、国际双规运营的经验模式，在微波通信行业赢得信誉和口碑，生产的产品频率范围从300KHz 至110GHz, 功率高可达20KW，广泛使用于民用、军事、航天、空间技术等领域。优译公司始终秉承“诚信为先、顾客至上、敢于创新”的经营理念，坚持以“技术优势为根本，以市场需求为导向”。公司成立以来与国内外知名企业、院校、科研机构进行相互交流并深度合作，为产品开发研究奠定了技术基础。
机电传动同步带设计
机电传动单向数控 平台设计 ——机械工程及自动化专业专业课程设计说明书 专业：机械工程及其自动化 班级：机自11-8班 学生姓名： 学号： 指导老师： 2014年12月12日
目录 1设计任务 1.1设计任务介绍及意义 1.2 设计任务明细 1.3 设计的基本要求 2总体方案设计 2.1设计的基本依据 2.2 总体方案的确定 3机械传动系统设计 3.1机械传动装置的组成及原理 3.2主要部件的结构设计计算4电气控制系统设计 4.1控制系统的基本组成 4.2 电器元件的选型 4.3电气控制电路的设计 4.4控制程序的设计及说明 5 结束语 6参考文献 机械部分图纸下载： 电控部分图纸下载：
1.设计任务 1.1设计任务介绍及意义 ◆课程设计题目 机电传动单向数控平台设计 ◆主要设计内容 (1)机械传动结构设计 (2)电气控制系统 ◆课程设计意义： ⑴培养学生综合运用所学的基础理论和专业知识，独立进行机电控 制系统(产品)的初步设计工作。 ⑵培养学生搜集、阅读和综合分析参考资料，运用各种标准和工具 书籍以及编写技术文件的能力，提高计算、绘图等基本技能。 ⑶培养学生掌握机电产品设计的一般程序和方法，进行工程师基本 素质的训练。 ⑷树立正确的设计思想及严肃认真的工作作风。 1.2设计任务明细： 机电传动单向数控平台设计： 1.21电机驱动方式：步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机； 1.22机械传动方式：螺旋丝杆、滚珠丝杆、同步皮带、链传动等； 1.23电气控制方式：单片微机控制、控制； 1.24功能控制要求：速度控制、位置控制； 1.25主要设计参数： 单向工作行程——1800、1500、1200 ； 移动负载质量——100、50 ； 负载移动阻力——100、50 N； 移动速度控制——3、6 ； 1.3设计的基本要求 （1）方案设计：根据课程设计任务的要求，在搜集、归纳、分析资料的基础上，明确系统的主要功能，确定实现系统主要功能的原理方案，并对各
机电一体化技术知识点
一，机电一体化的主要特征：1整体结构最优化2系统控制智能化3操作性能柔性化 二，机电一体化系统面临的共性关键技术：1检测传感技术2信息处理技术3自动控制技术4伺服驱动技术5精密机械技术6系统总体技术 三，机电一体化系统具有整体性关联性目的性相对性 四，机电一体化系统的功能构成：结构功能主功能（交换传递保存）动力功能信息与控制功能五 五，机电一体化系统设计基本步骤：1明确系统的目的2决定系统的规范3决定系统的四大功能及其规范4用功能子系统或功能要素构成各个功能5用实际系统或要素替换各功能6整体系统的评价7转下一个循环 六，接口：在相互连接要素的交界面上必须具备相应的某些条件才能连接该交界面叫做接口七，接口按期交换与调整功能分：零接口被动接口主动接口智能接口 根据输入输出的性质分：信息接口（软件接口）机械接口电气接口环境接口吖八，按机电一体化产品的用途分类：产业机械信息机械民用机械 机电一体化产品多功能分类：在原有机械本体上采用微电子控制装置2用电子装置局部取代机械控制装置3用电子装置局部取代机械控制装置4用电子装置机械的主功能5信息设备和电子装置有机结合的信息电子机械设备检测装置电子装置和机构有机结合的检测用电子机械设备 九，机电一体化技术体现在产品设计制造以及生产经营管理诸方面的特点：1简化机械结构提高精度2易于实现多功能和柔性自动化3产品开发周期短竞争能力强4生产方向向综合自动化发展5促进经营管理体制发生根本性变化 十，在机电一体化技术系统分析中质量弹簧及阻尼这三个理想的机械元件代表了机械系统组成部分的本质 转化原则：能量等效（即转化前后系统动能保持不变）和功等效（即转化前后系统功保持不变）。 十一，摩擦力的种类：静摩擦力动摩擦力粘滞摩擦旋转运动的摩擦阻力系数转化为当量粘滞阻尼系数 十二，机电一体化系统中的伺服系统主要是以机械量为控制对象的一种自动控制系统。它在工作时要求系统的输出能平稳快速准确地跟随输入指令动作。机械传动系统的性能与系统本身的阻尼固有频率有关。 十三，阻尼的影响：1当阻尼比§=0时，系统处于等副持续震荡状态，因此系统不能无阻尼。2当≥1时系统为临界阻尼或过阻尼系统。此时过渡过程无震荡但响应时间过长。3当0＜§＞1时，系统为欠阻尼系统，系统在过渡过程中处于减幅振荡状态，其幅值衰减的快慢取决于阻尼系数和固有频率。因此在系统设计时，应综合考虑其性能指示，一般0.4＜§＞0.8的阻尼系统，既能保证震荡在一定范围内，过渡过程较平稳，时间短，又具有较高的灵敏度。 十四，设计系统时应尽量减少静摩擦和降低动静摩擦之差值，以提高系统的精度稳定性及快速响应性。 十五，转动惯量对伺服系统的精度稳定性动态响应都有影响。转动惯量大，系统的机械常数大响应慢，§的值减小，从而使系统的振荡增强稳定性下降；转动惯量大，会使系统的固有频率下降，容易产生谐振限制了伺服带宽，影响了伺服精度和响应速度。转动惯量的适当增大只有在改善低速爬行时利用。 十六，阿贝误差原理：在长度测量时被测尺寸与标准尺寸必须在测量方向的同一直线上，或者两者彼此出于对方的延长线上。（为了减小误差采取的措施：1应可能减小H值2利用阿贝误差的方向性采取凸凹导轨或者采用两层拖板，使垂直和水平阿贝误差相互抵消3采用辅
基于单片机电梯控制系统设计课程设计实验报告
基于单片机电梯控制系统设计课程设计实验报告
课程设计实验报告 课程名称：课程设计 实验项目：基于单片机的电梯控制系统设计 专业班级：通信1103班 姓名：季义强学号：110404312 实验时间：19周-20周指导教师：唐云雷
课程设计题目：基于单片机的电梯控制系统设计 目录 一、摘要 (2) 二、绪论 (2) 三、设计目的任务及要求 (4) 四、总设计方案及系统框图 (4) 五、设计原理 (5) 六、各单元模块设计 (10) 1单片机最小系统模块 (10) 2 开关控制模块 (11) 3电机驱动模块 (12) 4显示模块 (14) 5报警模块 (16) 6电路总图 (17) 七、心得体会 (18) 八、参考文献 (18) 附录一 (19)
一、摘要 交流双速电梯是采用继电接触器控制的最普通.最大量的一种电梯控制类型.这种控制使用继电器数量大，保护联锁触点多.电气线路复杂.维护工作量大，可靠性差.随着微电子技术的发展，采用无触点控制来代替有触点控制已势在必行.本文基于单片机89SC51来控制各部分电路，采用单片机构成控制系统，可大大降低成本，而且做成专用控制系统，程序被固化，加强了保密性，提高了可靠性。 二、绪论 电梯的概述 电梯进入人们的生活已经150年了。一个半世纪的风风雨雨，翻天覆地的是历史的变迁，永恒不变的是电梯提升人类生活质量的承诺。 1854年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱沙·格雷夫斯·奥的斯第一次向世人展示了他的发明。他站在装满货物的升降梯平台上，命令助手将平台拉升到观众都能看得到的高度，然后发出信号，令助手用利斧砍断了升降梯的提拉缆绳。令人惊讶的是，升降梯并没有坠毁，而是牢牢地固定在半空中——奥的斯先生发明的升降梯安全装置发挥了作用。“一切安全，先生们。”站在升降梯平台上的奥的斯先生向周围观看的人们挥手致意。谁也不会想到，这就是人类历史上第一部安全升降梯。 生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。150年来，电梯的材质由黑白到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新——手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制、人机对话等等，多台电梯还出现了并联控制，智能群控；双层轿厢电梯展示出节省井道空间，提升运输能力的优势；变速式自动人行道扶梯的出现大大节省了行人的时间；不同外形——扇形、三角形、半菱形、半圆形、整圆形的观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。如今，以美国奥的斯公司为代表的世界各大著名电梯公司各展风姿，仍在继续进行电梯新品的研发，并不断完善维修和保养服务系统。调频门控、智能远程监控、主机节能、控制柜低噪音耐用、复合钢带环保——一款款集纳了人类在机械、电子、光学等领域最新科研成果的新型电梯竞相问世，冷冰冰的建筑因此散射出人性的光辉，人们的生活因此变得更加
步进电机三相六拍环形分配器
10.2 步进电动机位置控制系统 10.2.2 步进电动机的脉冲分配电路 1. 硬件脉冲分配器电路 步进电动机的脉冲分配可以由硬件和软件两种方法来实现。硬件环形分配器需要根据步进电动机的相数和要求的通电方式而设计专门的电路，图10.6所示为一个三相六拍的环形分配器。 分配器的主体是三个J-K触发器。三个J-K触发器的Q输出端分别经各自的功放线路与步进电动机A、B、C三相绕组连接。当QA＝1时，A相绕组通电；QB＝1时，B相绕组通电；QC＝1时，C相绕组通电。DR+和DR-是步进电动机的正反转控制信号。 正转时，各相通电顺序：A－AB－B－BC－C－CA 反转时，各相通电顺序：A－AC－C－CB－B－BA 图10.6 三相六拍环形分配器 图10.6所示为的三相六拍环形分配器逻辑真值表如表10.1所示。 序号控制信号状态输出状态导 电 绕 组
表10.1 三相六拍环形分配器逻辑真值表 2. 软件脉冲分配 对于不同的计算机和接口器件，软件环分有不同的形式，现以AT89C51单片机配置的系统为例加以说明。 （1）由P1口作为驱动电路的接口 控制脉冲经AT89C51的并行I/O接口P1口输出到步进电动机各相的功率放大器输入，设P1口的P1.0输出至A相，P1.1输出至B相，P1.2输出至C相。 （2）建立环形分配表 为了使电动机按照如前所述顺序通电，首先必须在存储器中建立一个环形分配表，存储器各单元中存放对应绕组通电的顺序数值，如表10.2所示。当运行时，依次将环形分配表中的数据，也就是对应存储器单元的内容送到P1口，使P1.0、P1.1、P1.2依次送出有关信号，从而使电动机轮流通电。 表10.2 三相六拍软件环形分配数据表
步进电机环形分配器
步进电机环形分配器 （1）工作原理 步进电机控制主要有三个重要参数即转速、转过的角度和转向。由于步进电机的转动是由输入脉冲信号控制，所以转速是由输入脉冲信号的频率决定，而转过的角度由输入脉冲信号的脉冲个数决定。转向由环形分配器的输出通过步进电机A、B、C相绕组来控制，环形分配器通过控制各相绕组通电的相序来控制步电机转向。 如图1给出了一个双向三相六拍环形分配器的逻辑电路。电路的输出除决定于复位信号RESET外，还决定于输出端Q A、Q B、Q C的历史状态及控制信号－EN使能信号、CON正反转控制信号和输入脉冲信号。其真值表如表1所示。 图1 步进电机环形分配器 表1 真值表
（2）程序设计 程序设计采用组合逻辑设计法，由真值表可知： 当CON＝0时，输出Q A、Q B、Q C的逻辑关系为： 当CON＝1时，输出Q A、Q B、Q C的逻辑关系为： 当CON＝0，正转时步进机A、B、C相线圈的通电相序为： 当CON＝1，反转时各相线圈通电相序为： Q A、Q B、Q C的状态转换条件为输入脉冲信号上升沿到来，状态由前一状态转为后一状态，所以在梯形图中引入了上升沿微分指令。 PLC输入/输出元件地址分配见表2。 表2 PLC输入/输出元件地址分配表 根据逻辑关系画出步进电机机环形分配器的PLC梯形图，如图2所示。 CON10 Z EN CLK A B C A B C 1ΦΦ100100 01↑101110 01↑001010 01↑011011 01↑010001 01↑110101 01↑100100 PLC IN代号PLC OUT代号 X0CLK Y0Q A X1EN Y1Q B X2RESET Y2Qc X3CON
5相环形分配器
步进电机论文：五相混合式步进电动机环形分配器的设计 2012年1月21日 五相混合式步进电机环形分配器的设计 徐殿国王宗培（哈尔滨工业大学） l引言 五相混合式步进电机具有许多优良的性能，因此在国内外都得到了较大发展，其驱动技术也取得了很大进步[1]。由于五相混合式步进电动机系统的研制和开发历史不长，电机驱动电源中的环形脉冲分配器专用芯片目前尚未见到，国内外厂家生产的五相混合式步进电动机驱动电源中的环形脉冲分配器大都是由数字逻辑集成电路或EPROM存贮器构成的[2．3]。由于电机的运行节拍和运行方式较多，采用这些方式设计的环形脉冲分配器结构复杂、功能较少、可靠性不高。近年来随着逻辑可编程器件的出现，为逻辑电路的设计提供了极大的灵活性，因此完全可以用逻辑可编程器件（例如PAL、GAL等）设计步进电动机的环形脉冲分配器。本文给出由两片GAL16V8构成的五相混合式步进电动机环形脉冲分配器的设计方法。 2五相混合式步进电机的励磁方式及环形脉冲分配逻辑 根据五相混合式步进电机韵工作原理，可以得到如表1所示的励磁方式。可见五相混合式步进电机的励磁方式很多，但是运行节拍只有两种即整步10拍和半步20拍。尽管该电机的励磁方式很多，但从电机运行的平稳陛和获得最大合成转矩的角庋出发，表1五相混合式步进电动
机的励磁方式常采用4-4相通电方式作为整步运行方式，4-5相通电方式作为半步运行方式。整步运行方式中的5-5相通电方式虽较4-4相通电方式的合成转矩大，但由于驱动电源中采用桥式电路时存在上下桥臂换向容易引起短路而较少采用。本文给出的是4-4相通电方式和5-5相通电方式的环形脉冲分配器设计方法。 根据五相混合式步进电机的合成转矩矢量图[4]，可以得到4-5相励磁方式和4-4相励磁方式下的逻辑通电状态变化顺序，如表2所示。与之对应的功放电路形式如图1所示。表2中的“1”代表功率管导通，“0”代表功率管关断。其中正转的逻辑通电状态变化顺序 为。 表2中序号为奇数的逻辑通电状态即为4-4相励磁方式。
大学毕业设计 C51程序控制步进电机
题目：简易步进电机控制
步进电机控制 摘要：本设计采用ATMEL公司DIP-40封装的AT89S52单片机实现对四相步进电机的手动和按键控制。由单片机产生的脉冲信号经过分配后分解出对应的四相脉冲，分解出的四相脉冲经驱动电路功率放大后驱动步进电机的转动。转速的调节和状态的改变由按键进行选择，此过程由程序直接进行控制。通过键盘扫描把选择的信息反馈给单片机，单片机根据反馈信息做出相应的判断并改变输出脉冲的频率或转动状态信号。电机转动的不同状态由液晶LCD1602显示出来。而设计的扩展部分可以通过红外信号的发射由另一块单片机和红外线LED完成，用红外万能接收头接收红外信号，可以实现对电机的控制进行红外遥控。 关键字：四相步进电机单片机功率放大 LCD1602
步进电机控制 (1) 摘要 (1) 关键字 (1) 前言 (3) 1系统总体方案设计及硬件设计 (4) 1.1步进电机 (4) 1.1.1 步进电机的种类 (4) 1.1.2 步进电机的特点 (4) 1.1.3 步进电机的原理 (5) 1.2 控制系统电路设计 (7) 1.3 液晶显示LCD1602 (7) 1.4 AT89S52核心部件及系统SCH原理图 (9) 1.5 LN2003A驱动 (10) 2软件设计及调试 (13) 2.1程序流程 (13) 2.2软件设计及调试 (14) 3 扩展功能说明 (15) 4设计总结 (16) 5 设计源程序 (16) 6 附录 (21) 参考文献 (22) 附2：系统原理图及实物图 (23)
步进电机广泛应用于对精度要求比较高的运动控制系统中，如机器人、打印机、软盘驱动器、绘图仪、机械阀门控制器等。目前，对步进电机的控制主要有由分散器件组成的环形脉冲分配器、软件环形脉冲分配器、专用集成芯片环形脉冲分配器等。分散器件组成的环形脉冲分配器体积比较大，同时由于分散器件的延时，其可靠性大大降低;软件环形分配器要占用主机的运行时间，降低了速度;专用集成芯片环形脉冲分配器集成度高、可靠性好，但其适应性受到限制，同时开发周期长、需求费用较高。步进电机是微特电机的一种，其作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一,广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。同时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，是一种特殊的电动机。一般电动机都是连续转动的，而步进电动机则有定位和运转两种基本状态，当有脉冲输入肘步进电动机一步一步地转动，每给它一个脉冲信号，它就转过一定的角度。步进电动机的角位移量和输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步，因此只要控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电的相序，便可获得所需的转角、转速及转动方向。在没有脉冲输入时，在绕组电源的激励下气隙磁场能使转子保持原有位置于定位状态。步进电机以广泛应用在生产实践的各个领域。它最大的应用是在数控机床的制造中，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。早期的步进电机输出转矩比较小，无法满足需要，在使用中和液压扭矩放大器一同组成液压脉冲马达。随着步进电动机技术的发展，步进电动机已经能够单独在系统上进行使用，成为了不可替代的执行元件。除了在数控机床上的应用，步进电机也可以并用在其他的机械上，比如作为自动送料机中的马达，作为通用的软盘驱动器的马达，也可以应用在打印机和绘图仪中。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。
环形分配器式扩压器性能数值模拟
环形分配器式扩压器性能数值模拟 摘要: 本文介绍了一种用于模拟环形分配器式扩压器性能数值的方法。本文首先回顾了这种扩压器的基本原理，然后讨论了模拟技术的各项要求，并对模拟过程中可能出现的问题进行了深入分析。最后，文章结合实际应用实例提出了一种有效的数值模拟方法，该方法可以更好地模拟环形分配器式扩压器的性能数值。关键词: 环形分配器式扩压器；性能数值模拟；有效方法现在，环形分配器式扩压器的应用越来越广泛，如电力调节、汽车起动电压补偿、调节电源等。有效的性能数值模拟为该装置的正确使用和维护提供了重要指导。本文提出的有效方法可以帮助用户更好地理解环形分配器式扩压器的工作原理，准确模拟其特定应用情况下的性能数值，并做出更明智的技术决策，有助于提升该装置的运行效率和稳定性，节省生产成本和能源利用率。除了上述应用外，由于本文提出的模拟方法不仅实用、快捷、准确，而且也能够覆盖各种特殊情况，因此有望在更多场景中得到应用，如医学仪器、电子设备等。在实际应用中，环形分配器式扩压器的参数调整非常重要。本文提出的方法可以进一步优化系统性能，使其更加稳定可靠，从而提高该装置的使用效果。此外，本文提出的模拟方法也可用于环形分配器式扩压器的设计和优化，可以根据特定应用场景指导系统设计，提高其稳定性和可靠性，减少系统的损耗。同时，由于本文提出的模拟方法可以帮助用户精准模拟特定应用情况下的性能数值，因此对未来设计更高效能环形分配器式扩压器也具有重要参考价值。现有研究工作表明，利用合理的数值模拟技术能够有效地评估环形分配器式扩压器的性能参数，并建立性能模型，为应用提供技术支持。然而，由于存在计算精度
低、运行时间长等问题，上述模拟方法还存在许多不足。针对这些问题，本文提出了一种有效的数值模拟方法，该方法采用改进的计算方法，以有效地提高计算精度和减少计算时间，从而能更好地模拟特定工况下环形分配器式扩压器的性能数值。此外，本文提出的方法还可用于其他类似扩压器的性能模拟研究中，如Buck-Boost式扩压器性能模拟等。为了验证本文提 出的模拟方法，我们建立了一个具体的应用实例。首先，通过分析环形分配器式扩压器的结构参数，计算其最优工作点的性能数值；其次，采用本文提出的模拟方法进行模拟，并对模拟结果进行评估比较。结果表明，采用本文提出的有效方法，可以获得更准确的模拟结果，能够较好地反映环形分配器式扩压器的特性。此外，为了进一步验证本文提出的模拟方法的有效性，我们还进行了不同负荷情况下的性能模拟，并对结果进行分析，以证明本文提出的模拟方法能够获得准确可靠的结果，在实际应用中具有重要意义。与传统数值模拟方法相比，本文提出的方法具有诸多优势。首先，本文提出的方法易于理解，能够精确和有效地模拟环形分配器式扩压器的性能；其次，本文提出的方法可以有效地消除计算误差，因此可以得到更精确的模拟结果；最后，本文提出的模拟方法具有一定的通用性，可用于其他类似扩压器的性能模拟研究中。本文提出的方法不仅可以应用于现有的系统调整，还可以有效引导未来的系统设计，提高装置的可靠性和稳定性，减少系统的损耗。总之，本文提出的模拟方法将有助于加速环形分配器式扩压器的性能模拟，为未来设计更高效能环形分配器式扩压器提供参考价值。尽管本文提出的模拟方法易于理解，具有较强的适用性，可以得到较为准确的性能数值，但也存在一些不足之处。首先，本文模拟方法仅考虑了扩压器的静态特性，而没有考虑动态特性，
C6140车床数控改造毕业设计论文
毕业设计任务书 毕业设计题目：经济型C6140车床数控改造
内容和要求：内容：司服进给系统的校核计算和微机数控系统硬件电路设计，完成普通C6140车床的数控化改造及相关图纸。 技术要求：利用微机对纵、横向进给系统进行开环控制，纵向（Z向）脉冲当量为0.01mm/脉冲，横向（X向）脉冲当量为0.005mm/脉冲，驱动采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠，刀架采用自动转位刀架。 工作质量要求：方案设计合理，理论计算准确，结构设计合理，图纸图面清楚，投影正确，标注完整，设计及绘图过程符合国家要求等。 软硬件条件：个人计算机；参考书；AutoCAD（或其他绘图条件） 指导教师（签字）：年月日
机床作为机械制造业的重要基础装备，它的发展一直引起人们的关注，由于计算机技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床－数控机床的诞生 和发展。计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。用经济型数控系统改造普通机床，在投资少的情况下，使其既能满足加工的需要，又能提高机床的自动化程度，比较符合我国的国情。到目前为止，已有很多厂家生产经济型数控系统。可以预料，今后，机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。 关键词：机床, 数控机床, 伺服进给系统, 单片机
1．前言 (1) 1.1 概述 (1) 1.2 数控机床和数控技术 (1) 1.3 数控机床的特点 (2) 1.4 数控机床的发展 (3) 2．总体方案的设计 (4) 2.1 设计任务与要求 (4) 2.1.1 课程设计的目的 (4) 2.1.2 课程设计的主要技术参数 (4) 2.2.3 课程设计的内容 (5) 2.2.4 课程设计的要求 (5) 2.2.5 课程设计的图纸 (5) 2.2 总体方案的设计 (5) 2.2.1 数控系统运动方式的确定 (5) 2.2.2 伺服进给系统的改造设计 (6) 2.2.3 数控系统的硬件电路设计 (6) 3．伺服进给系统的计算 (8) 3.1 确定系统脉冲当量 (8) 3.2 切削力的计算 (8) 3.2.1 纵车外圆 (8) 3.2.2 横切端面 (8) 3.3 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (9) 3.3.1 纵向进给丝杠 (9) 3.3.2 横向进给丝杠......................................... .11 3.3.3 纵向和横向滚珠丝杠螺母副几何参数..................... .14
基于松下电工FP1型PLC的直线插补程序设计(精)
Equipment Manufactring Technology No.10,2007 收稿日期:2007-08-05作者简介:张铁异(1963—,男,广西荔浦人,广西大学机械工程学院讲师,硕士,主要研究方向:机电一体化技术。 基于松下电工F P1型PLC 的直线插补程序设计 张铁异,黄炳琼,卢福宁,黎毓鹏,曹晓中 (广西大学机械工程学院,广西南宁530004 摘要:PLC 在机械设备自动控制中有着广泛的应用,在PLC 上开发直线及圆弧插补功能将拓展PLC 在数控机床等领域的应用范围。介绍了在松下电工FP1型PLC 上开发直线插补程序实现对二维数控平台控制的方法。关键词:PLC ;直线插补;松下电工中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1672-545X(200710-0068-03 可编程序控制器(PLC 在工业控制中有着广泛的应用,FP1是日本松下电工生产的小型PLC 系列产品,性能价格比 高,适合在我国中小企业应用。FP1的硬件配置较全,除主机外还可加I/O 扩展模块、A/D 、D/A 模块。机内有高速计数器,可同时输入两路频率高达10kHz 的脉冲,还可以输出频率可调的脉冲信号(晶体管输出型。该机配有RS-422接口,通过和 RS-232的接口适配器,可实现PC 机与PLC 之间的通信,并可 直接在PC 机上用梯形图进行编程调试。但该机型没有直线插补和圆弧插补功能,需要自行开发,而直线插补和圆弧插补功能则是在数控机床等领域必须使用的功能,可利用该机型所具有的基本指令和高级指令来设计,本文介绍该机型直线插补功能的实现方法,圆弧插补功能的实现可参照直线插补来进行。
机电控制
第一章 机电传动断续控制 1、电动机的自动控制方式有（断续控制）、（连续控制）和（数字控制）三种方式。机电传动系统：电源、控制设备、电动机、传动装置、工作机构。旋转磁场的转速n 0称为同步转速，其大小取决于（电流频率f1）和（磁场的极对数p ）。人为机械特性有（降低定子电压）、（转子电路串接对称电阻）、（改变定子电源频率）、（改变极对数）等特性。异步电动机的起动有（直接起动）、（降压起动）、（绕线型电动机转子串电阻起动），制动有（能耗制动）、（转子反转的反接制动）、（定子两相反接的反接制动）、（发电反馈制动）。 2、执行电器KM （电磁铁、接触器）、检测电器SB 、ST 、K 、KS （按钮开关、行程开关、电流及电压继电器、速度继电器）、控制电器KA 、KT （中间继电器、时间继电器）、保护电器FR 、FU 、QF （热继电器、熔断器、低压断路器）的定义。a 、b 、c 、d 、e 、f 、g 、h 、i 、j 、k 分别表示（动合按钮）、（动断按钮）、（复合按钮）、（行程开关的动合触点）、（动断触点）、（时间继电器的得电延时型）、（得电延时型的动作触点）、（时间继电器的失电延时型）、（失电延时型的动作触点）、（热继电器的热元件）、（热继电器的动断触点）。 接触器的辅助动合触点。 3、电器设备图纸有（电气控制原理图）、（电气设备位置图）和（电气设备接线图）。电器原理图中应将（电源电路）、（主电路）、（控制电路）和（信号电路）分开绘制。电器原理图中同一电气元件的各个部件按其在电路中所起的作用，它的图形符号可以（不画）在一起，但代表同一元件的文字符号（必须相同）。 4、 每个接触器线圈的文字符号下面有两条竖直线分成左、中、右三栏，栏中写有受其控制而动作的触点所处图区数字。左栏为（主触点）所处图区号，中栏为（辅助动合触点）所在图区号，右栏为（辅助动断触点）所在图区号。每个继电器线圈文字符号下面有一条竖直线分成左、右栏，其左栏为（动合触点）所处图区号，左栏为（动断触点）所处图区号，对于（备用触点）用记号“×”标出。 5、按下起动按钮再抬起后，电动机若连续运转，此即所谓（长动），而按下按钮时电动机运转工作，手放开按钮后电动机即停止工作，称为（点动）。在电动机的正反转控制电路中常用（互锁）来防止电源短路。电气控制系统的短路保护用（FU 熔断器保护）和（QF 自动开关保护），过载保护用（热继电器），零压或欠压保护用（按钮的自动恢复和接触器的自锁作用或电磁式电压继电器），电流保护用（直流电动机或绕线型异步电动机）。 电动机容量的选择与它的负载和工作方式有密切的关系。它可分为（恒定负载长期工作制）、（变动负载长期工作制）、（短时工作制）、（重复短时工作制）。 6、三相异步电动机直接起动（全压起动）的条件是什么？只用当电动机的起动电流倍数小于或等于电源允许的起动电流倍数时，才允许采用直接起动的方法。所以只适用于小容量电动机的起动。 7、控制电路中常用的保护装置有哪些？熔断器、自动开关保护、热继电器、电磁式电压继电器、自锁、互锁。 8、两个相同的110V 交流接触器线圈能否串联接于220V 的交流电源上运行？不能。若将两个接触器线圈串联，因每个线圈上所分配的电压与线圈阻抗成正比，当其中一个接触器先动作后，该接触器的阻抗要比未吸合的阻抗大，因此未吸合的接触器可能因线圈电压达不到额定电压而不吸合，同时电路电流将增加而引起线圈烧毁。故当两个电器同时动作时，其线圈应并联。 9、为什么热继电器不能作短路保护而只能作长期过载保护？熔断器则相反，为什么？当电动机长期超载运行时，绕组温升超过其允许值，过载电流较大，此时热继电器经过较短时间就会动作；但由于热惯性的原因，热继电器不会受电动机短时过载冲击电流或短路电流的影响而瞬时动作，所以在用热继电器作过载保护的同时，还必须设有短路保护的熔断器。熔断器在电路发生短路时熔体熔化，分断电路，起到保护电器的作用，但熔断器比较适合对动作准确度和自动化程度要求较差的系统中，如一般普通交流电源，短路时也可能造成单相运行，不适合长期过载保护。 10、为什么三相笼型异步电动机，一般不采用过流保护而采用短路保护？过流电流是由于不正确的起动和过大的负载转矩引起的，一般比短路电流要小。电动机运行中产生的过电流的可能性比短路电流大， 尤其是在频繁正反转起制动的重复短时工作制的电动机。 辅助动断(合)触点 KM