步进电机的控制原理及其单片机控制实现

2005年第6期 煤 矿 机 械 ·127· 文章编号：1003．0794(2005)06—0127．03 步进电机的控制原理及其单片机控制实现 丁伟雄．杨定安。宋晓光 (佛山科学技术学院机电与信息 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院，广东佛山528000) 摘要：首先对步进电机作了概要性介绍，然后对步进电机的控制原理包括步进电机的控制 方式和驱动方式作了系统的说明，最后采用8051单片机来控制步进电机，并给出了步进电机的双 相三拍控制和三相六拍的单片机控制的具体实现方法。 关键词：步进电机；单片机；控制 中图号：TM383．6 文献标识码：A 1 前言 步进电机可以对旋转角度和转动速度进行高精 度控制。步进电机作为控制执行元件，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 统和精密机械等领域。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。 步进电机和普通电动机不同之处是步进电机接 受脉冲信号的控制。 现在比较常用的步进电机包括反应式步进电 机、永磁式步进电机、混合式步进电机和单相式步进 电机等。其中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。现阶段，反应式步进电机获得最多的应用。 步进电机和普通电机的区别主要在于其脉冲驱 动的形式，正是这个特点，步进电机可以和现代的数 字控制技术相结合。不过步进电机在控制的精度、 速度变化范围、低速性能方面都不如传统的闭环控 制的直流伺服电动机。在精度不是需要特别高的场 合就可以使用步进电机，步进电机可以发挥其结构 简单、可靠性高和成本低的特点。使用恰当的时候， 甚至可以和直流伺服电动机性能相媲美。 2步进电机的控制原理 步进电机2个相邻磁极之间的夹角为600。线 圈绕过相对的2个磁极，构成一相(A—A’，B—B’，C —c’)。磁极上有5个均匀分布的矩形小齿，转子上 没有绕组，而有40个小齿均匀分布在其圆周上，且 相邻2个齿之间的夹角为9。。 体摩擦变为非完全液体摩擦或半干摩擦，而容易使 轴瓦发生磨损烧蚀。 预防措施：(1)柴油机使用中要避免长时间在大 负荷，尤其是在超载工况下运行。(2)长时间行驶的 汽车，一定要按照技术要求定期更换润滑油，要随时 注意检查润滑油的品质，一旦发现润滑油受到污染 及理化指标大大下降时，要立即更换。这样可减少 轴瓦磨损烧蚀的现象发生。 6结语 通过以上的 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 可以看到，柴油机曲轴轴瓦的 磨损烧蚀，不但柴油机润滑系有关外，柴油机的其它 系统及使用工况也会对其产生影响，应该引起重视。 只要加强日常的维护保养，使柴油机有良好的技术 状况。及时发现故障隐患，并进行系统的机理分析， 找到发生故障的根源，这样就可以减少或避免此类 故障的发生。 作者简介：刘秋军(1971一)，山东陵县人，工程师，工程硕士， 1994年毕业于原黑龙江矿业学院机械系机械制造工艺及设备专业。 毕业后工作于内蒙古霍林河露天煤业股份有限公司机电管理部，主 要从事设备管理方面的工作． 收稿日期：2005．02．03 TheAnalysisofCa瑚eofAblationandPreventionMeasureabout theSeatofDieselCrankshaft LIUQiu—j1田一，WANGYu—chen91．GUOQiu—y耐 (1．HuolinheStripCoalMineLimited—LiabilityCorporationofInnermongoha-Huolinguole029200-China； 2．ShenyangBeiehenStellStructureCompany。Shenyang110121，China) Abstract：Thepaperdiscussesamaincauseofablafionabouttheseatofdieselen西necrankshaft-analyzesthefactorson theuseoflube-theoilpressureoflubricationsystem，theintensityofcoolingofcoolantsystemandtheworkingcondition ofdieselen舀ne。andpresentsthepreventionmeasure． Keywords：dieselengine；tlleseatofcrankshaft；causeofablation；preventionmeasure 万方数据 ·128· 步进电机的控制原理及其单片机控制实现——丁伟雄，等 2005年第6期 当某组绕组通电时，相应的2个磁极就分别形 成N—S极，产生磁场，并与转子形成磁路。如果这 时定子的小齿与转子没有对齐，则在磁场的作用下 转子将转动一定的角度，使转子齿与定子齿对齐，从 而使步进电机向前“走”一步。 2．1 步进电机的控制方式 如果通过单片机按顺序给绕组施加有序的脉冲 电流，就可以控制电机的转动，从而实现数字一角度 的转换。转动的角度大小与施加的脉冲数成正比， 转动的速度与脉冲频率成正比，而转动方向则与脉 冲的顺序有关。以三相步进电机为例，电流脉冲的 施加共有3种方式。 (1)单相三拍方式(按单相绕组施加电流脉冲)： 一A—B—c一正转；一A—c—B一反转。 (2)双相三拍方式(按双相绕组施加电流脉冲)： 一AB—BC—CA一正转；一AC—CB—AB一反转。 (3)三相六拍方式(单相绕组和双相绕组交替施 加电流脉冲)：一A—AB—B—Bc—c—cA一正转；一 A—AC—C—CB—B—BA一反转。 单相三拍方式的每一拍步进角为30，三相六拍 的步进角则为1．50，因此，在三相六拍下，步进电机 的运行反转平稳柔和，但在同样的运行角度与速度 下，三相六拍驱动脉冲的频率需提高1倍，对驱动开 关管的开关特性要求较高。 2．2步进电机的驱动方式 步进电机常用的驱动方式是全电压驱动，即在 电机移步与锁步时都加载额定电压。为了防止电机 过流及改善驱动特性，需加限流电阻。由于步进电 机锁步时，限流电阻要消耗掉大量的功率，故限流电 阻要有较大的功率容量，并且开关管也要有较高的 负载能力。 步进电机的另一种驱动方式是高低压驱动，即 在电机移步时，加额定或超过额定值的电压，以便在 较大的电流驱动下，使电机快速移步；而在锁步时， 则加低于额定值的电压，只让电机绕组流过锁步所 需的电流值。这样，既可以减少限流电阻的功率消 耗，又可以提高电机的运行速度，但这种驱动方式的 电路要复杂一些。 驱动脉冲的分配可以使用硬件方法，即用脉冲 分配器实现。现在，脉冲分配器已经标准化、芯片 化，市场上可以买到。但硬件方法结构复杂，成本也 较高。 步进电机控制(包括控制脉冲的产生和分配)也 可以使用软件方法，即用单片机实现，下面给出具体 的使用单片机以软件方式驱动步进电机的实现方 法。 3步进电机的单片机控制 步进电机控制的最大特点是开环控制，不需要 反馈信号。因为步进电机的运动不产生旋转量的误 差累积。 由单片机实现的步进电机控制系统如图1所 示。 监 驱 片 动 ．／，—、＼、I 机 1步进电St 系 电 ＼＼ 一 统 路 图1 单片机控制步进电机 Fig·1SCMcontrolsteppingmotor 假定以8051的P。口线接步进电机的绕组，输 出控制电流脉冲，其中PI．o接A，P¨接B，Pt．2接C。 (1)双相三拍控制 双相三拍的控制模型如表1所示。 表1双相三拍控制模型 Tab．1Thecontrolmodeloftwo—phasethree—strike steppingmotor 假定有如下工作单元和工作位定义： K为步进数寄存器； PSW中，F0为方向标志位，F。=0正转，F。<> 0反转。 参考程序如下： BEGIN：JB F0， ；判正反转 LOOP2 LOOPl：MOV A，#03H；第1拍控制码 MOV Pl，A ； LCALLDELAY；延时 DJNZ 凡，DONE； MOV A，#06H；第2拍控制码 MOV Pl，A ； LCALLDELAY： DJNZ R0，DONE； MOV A，#05H；第3拍控制码 MOV Pl，A ； LCALLDELAY； DJNZ 心，DONE； AJMPLOOP；循环 LOOP2：MOV A，#03H；反转 万方数据 2005年第6期 步进电机的控制原理及其单片机控制实现——丁伟雄，等 ·129· MOV Pl，A ； LCALLDELAY： DJNZ Ro，DONE； MOV A，#05H； MOV P1，A ； LCALLDELAY： DJNz R0，DONE； MOV A，#06H； MOV P．，A ； LCALLDELAY： DJNZ Ro，DONE； AJMPLOOP2；循环 DONE：RET ；返回 (2)三相六拍控制程序 在双相三拍程序中，P1口输出的控制字是在程 序中给定的。而在三相六拍的控制中，由于控制字 较多，故可以把这些控制字以表的形式预先存放在 内部RAM单元中，运行程序时以查表的方式逐个取 出并输出。 假定正反转控制字依次存放在以POINT为首 地址的内部RAM中，表的内容如下： POINT：DB01H；正转A DB 03H；AB DB 02H：B DB 06H：BC DB04H；C DB 05H；CA DB00H；循环标志 DB 01H；反转A DB05H；AC DB 04H：C DB06H：CB DB02H；B DB 03H；BA DB00H；循环标志 参考程序如下： BEGIN：JBF0，LOOP2；判正反转 MOVR．，撑POINT；建立正转数据指针 LOOPI：MOVA，@R， ；读控制字 JZ LOOP3；结束符转 MOVPI，A ； ACALLDELAY；延时 INC R。 ；数据指针加1 AJMPLOOPl ；循环 LOOP2：MOVA，@POINT；建立反转数据指针 ADDA，#06H MOVRI，A ； AJMPLOOPl ； LOOP3：DJNZRo，BEGIN；判步数到否 RET ； 4结语 使用单片机以软件方式驱动步进电机，不但可 以通过编程方法，在一定范围内自由设定步进电机 的转速、往返转动的角度以及转动次数等，而且还可 以方便灵活地控制步进电机的运行状态，以满足不 同用户的要求。因此，常把单片机步进电机控制电 路称之为可编程步进电机控制驱动器。步进电机控 制(包括控制脉冲的产生和分配)使用软件方法，即 用单片机实现，这样既简化了电路，也降低了成本。 参考文献： [1]张洪润，蓝清华．单片机应用技术教程[M]．北京：清华大学出版 社。1997． [2]秦曾煌．电工学[M]．北京：高等教育出版社，1999． [3]常斗南，等．可编程序控制器原理、应用、实验[M]．北京：机械工 业出版社，1998． [4]于海生。等．微型计算机控制技术[M]．北京：清华大学出版社， 1999 作者简介：丁伟雄(1971一)。广东梅州人，工程实践教学中心副 主任，计算机及应用工程师，在佛山科学技术学院从事机电一体化教 学和科研工作，主要研究方向为：网络工程、信息系统、计算机控嗣及 EDA技术等．Tel：0757—83888012。E—mail：敏№@163．COrn． 收稿日期：2005．01。24 TheControlPrincipleandSCMControlRealizationsofthe SteppingMotor DINGWei—xiong，YANGDing—an，SONGXJao—guang (FoshanUniversityofScienceandTechnologyElectromechanicalandInformationEngineeringInstitute。Foshan528000，China) Abstract：Thispaperintroducesoutlineofthesteppingmotoratfirst，thenintroducesthecontrolprinciple-includesthe controlmethodandthedrivewayofthesteppingmotor-adoptsSCM8051 tocontroltothesteppingmotorfinally．gives theSCMcontrolrealizationsofthesteppingmotor，includetwo—phasethreestrikesandthree—phasesixstrikesimple· mentationmethod． Keywords：steppingmotor；SCM；control 万方数据 步进电机的控制原理及其单片机控制实现 作者： 丁伟雄， 杨定安， 宋晓光， DING Wei-xiong， YANG Ding-an， SONG Xiao-guang 作者单位： 佛山科学技术学院,机电与信息工程学院,广东,佛山,528000 刊名： 煤矿机械 英文刊名： COAL MINE MACHINERY 年，卷(期)： 2005(6) 被引用次数： 16次 参考文献(4条) 1.张洪润.蓝清华 单片机应用技术教程 1997 2.秦曾煌 电工学 1999 3.常斗南 可编程序控制器原理、应用、实验 1998 4.于海生 微型计算机控制技术 1999 引证文献(16条) 1.郑则炯 基于DECO指令对三相步进电机实现三相六拍的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 [期刊论文]-大众科技 2010(2) 2.史水娥.杨豪强.秦鑫 基于单片机的UHF电调滤波器的实时调谐设计[期刊论文]-河南师范大学学报（自然科学版 ） 2009(5) 3.史水娥.裴东.王玲 基于单片机的UHF电调滤波器的实时调谐设计[期刊论文]-国外电子元器件 2008(11) 4.王维正.臧玉萍 基于L297与L298N的步进电机控制系统设计[期刊论文]-硅谷 2008(13) 5.宋雪玲.刘朝英.宋哲英.杨霞.彭立冲 步进电机绘图系统设计[期刊论文]-河北工业科技 2008(2) 6.李国厚 步进电机驱动与控制系统的设计[期刊论文]-煤矿机械 2008(2) 7.傅宇.洪源 基于PLC的步进电机通用控制器的设计[期刊论文]-起重运输机械 2007(10) 8.张鑫.隋金雪.杨莉 基于转速测量的电机保护器的设计[期刊论文]-安徽大学学报(自然科学版) 2007(5) 9.刘加峰.芦勤.郁苏娟.罗姗 步进电机控制电路一种基于FPGA的实现[期刊论文]-微计算机应用 2007(8) 10.付云强.宋凤娟.韩来吉 AT89C51单片机在步进电动机控制系统中的应用[期刊论文]-煤矿机械 2007(8) 11.鹿守杭.任中全 基于MCS51单片机的步进电机控制[期刊论文]-仪器仪表用户 2007(2) 12.杜家熙.陈艳锋.李国厚 基于单片机的步进电机控制器设计[期刊论文]-煤矿机械 2007(2) 13.刘加峰.陈安宇.芦勤 无线内窥镜的驱动系统设计[期刊论文]-医疗卫生装备 2006(11) 14.张鑫.魏志轩 电机保护器中转速测量的实现[期刊论文]-煤矿机械 2006(8) 15.乔和.王涛 MTD2003在轨道式无人驾驶车中的应用[期刊论文]-煤矿机械 2006(3) 16.徐汝锋 基于虚拟样机技术的大蒜须根切除设备的研究[学位论文]硕士 2006 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_mkjx200506065.aspx