步进电机细分控制器的设计.docx

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步进电机细分控制器的设计

湖南生物机电职业技术学院

毕业设计（论文）

题目：

步进电机细分控制器的设计

专　业　　电子电气工程系　　　

班　　级　　电子3１5班　　

姓名　　

指导教师　　　　　

20０8年5月

摘要ﻩ

关键词

一．引言

二.步进电机ﻩ

　1．１步进电机的原理2

　　　1.２　步进电机的基本参数2

1.3　步进电机的特点

三．步进电机的应用ﻩ

　２.1　步进电机的选择

　2.2应用中的注意点

２.３其他说明ﻩ

四．步进电机驱动器的原理

４.1脉冲信号的产生ﻩ

　4.2功率放大ﻩ

　4.３细分驱动器ﻩ

五．细分方案的探讨ﻩ

5.1方案一：

（采用8031和８155够成的细分系统）ﻩ

控制系统工作原理

方案一小结

2.方案二:

（采用TＡ8４35H芯片的步进电机细分方法ﻩ

TＡ8435芯片特点　ﻩ

　ＴＡ8435细分工作原理ﻩ

单片机与TA8３45连接控制步进电机原理图ﻩ

　单片机程序的设计

方案二小结

六.总结ﻩ

七．参考文献ﻩ

【摘要】步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。

当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（称为“步距角”）,它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。

可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差（精度为１0０%）的特点，广泛应用于各种开环控制。

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。

【关键词】电动机、８031、805５、芯片、细分系统、程序

【Summａrｙ】ｔread　ｉsakｉｎdofperformａｎcｅｏrganizatｉonthaｔwiｌlgｉveorget　aneleｃｔriｃ　ｓｈｏcka　ｐｕｌseconｖersionto　moveｆorｔheＣape　intoｔｈeelectricaleｎgiｎeeｒiｎg.Whｅn　treａdtoreceiｖetoａ　ｐｕｌsｅ　sigｎａl　intotｈｅacｔuator,iｔｄriｖes　aｓteptｏｅnterthｅdirｅctｉonthaｔthe　electｒicaleｎｇｉneering　press　ｔhｅenactment　tｏturnto　moveaｎangle（beｃalｌed　"treadtｏbe　aｐarｔfromCaｐe"）forfiｘ,itofrevolveｔｏ　fixoｆ　the　aｎgleｏnｅ-stepｍoveｍentof.Caｎｐａssｃｏntrol　pulｓｅｐiecetoｃoｎｔroｌaCapｅtｏｍovequaｎtity,attａinthepuｒposeofａccｕｒate　fixedpositioｎ　tｈｕｓ;Tｈe　ｐurpｏｓecanｎedpassconｔrol　ｐulsefrequeｎｃyｔocontrｏlelecｔｒicａｌｅｎgineｅｒingｔo　becomedyｎamicsｐeｅｄandaccｅlerａｔiｏn　iｎ　the　meantｉｍe,ａttａinedtoaｄjustｔhuｓsｏon．Ｔreａｄintoelecｔricａlｅngineerｉng　can　ｃoｎducｔａｎdactionｓ　aｋiｎｄ　ofcontrol　usｅ　ｏfspeｃial　kind　elecｔｒicalｅngineｅriｎｇ,mａｋeuseofthechaｒactｅristicsthａtｉtdoｅsｎ't　haｖe　ｂａckloｇｅｒrormarｇｉn（the　accｕracyis100%）,extｅnsivelyappliｅd　invaｒioｕsoｐeｎａwｒｅatｈcoｎｔｒoｌ.　Ｍｏreandiｎ　commonuｓｅlytrｅadtoｉｎcｌuｄea　rｅaｃtioｎ　ｔypetotread　ａCｉtyｐe　totｒeadintotｈe　eｌｅｃｔrｉcaｌ　ｅngｉneerｉng（PM）ｉnto　the　electrical　eｎgｉｎeeriｎg（VR）　andalｗaysｉｎtｏthｅelectｒicａleｎginｅeriｎｇ　now,　mixtｕrethetypetｒeaｄ　intothe　ｅlectrｉcａlenｇｉnｅerｉｎg（HＢ）　ａndtheliｓt　ｍutuallythe　tｙpetreaｄetｃ.is　iｎto　thｅｅleｃtricａlenｇineｅring.

【Keyworｄ】　electricｍoｔｏr,80３１,80５５,cｈｉp,ｓuｂｄividesyｓｔem,Procｅdｕre

引言

一、步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。

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，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。

这一线性关系的存在,加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。

使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。

虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机,交流电机在常规下使用。

它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。

因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。

目前，生产步进电机的厂家的确不少，但具有专业技术人员,能够自行开发，研制的厂家却非常少,大部分的厂家只一、二十人，连最基本的设备都没有。

仅仅处于一种盲目的仿制阶段。

这就给户在产品选型、使用中造成许多麻烦。

签于上述情况，我们决定以广泛的感应子式步进电机为例。

叙述其基本工作原理。

望能对广大用户在选型、使用、及整机改进时有所帮助。

二、感应子式步进电机工作原理

（一）反应式步进电机原理由于反应式步进电机工作原理比较简单。

下面先叙述三相反应式步进电机原理。

１、结构：

电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻,其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。

０、１/3て、2/3て,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示）,即A与齿1相对齐,B与齿2向右错开１/3て,C与齿３向右错开２/3て，A'与齿５相对齐，（A'就是Ａ,齿5就是齿１）下面是定转子的展开图：

2、旋转:

如A相通电，B,C相不通电时,由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力以下均同）。

　如B相通电，Ａ,Ｃ相不通电时,齿２应与B对齐,此时转子向右移过1/3て，此时齿3与C偏移为1/3て,齿４与Ａ偏移（て－1／3て）=２/3て。

如C相通电,A,B相不通电,齿3应与Ｃ对齐，此时转子又向右移过1/3て，此时齿4与A偏移为1/3て对齐。

如A相通电,B，Ｃ相不通电,齿4与A对齐，转子又向右移过1／３て　这样经过Ａ、Ｂ、C、A分别通电状态,齿４（即齿1前一齿）移到A相，电机转子向右转过一个齿距,如果不断地按A，Ｂ,C，A……通电，电机就每步（每脉冲）1/3て,向右旋转。

如按A，C，Ｂ，A……通电，电机就反转。

由此可见:

电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。

而方向由导电顺序决定。

　不过,出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。

往往采用A-ＡB－B－ＢC-C-CＡ-Ａ这种导电状态,这样将原来每步1/3て改变为1／6て。

甚至于通过二相电流不同的组合,使其１/３て变为1／12て，1/24て，这就是电机细分驱动的基本理论依据。

　不难推出：

电机定子上有ｍ相励磁绕阻，其轴线分别与转子齿轴线偏移1/m,２/ｍ……（m-１）／m,1。

并且导电按一定的相序电机就能正反转被控制——这是步进电机旋转的物理条件。

只要符合这一条件我们理论上可以制造任何相的步进电机,出于成本等多方面考虑,市场上一般以二、三、四、五相为多。

3、力矩：

电机一旦通电，在定转子间将产生磁场（磁通量Ф）当转子与定子错开一定角度产生力F与（dФ/ｄθ）成正比

其磁通量Ф=Br*SBr为磁密，S为导磁面积　F与Ｌ*D*Bｒ成正比L为铁芯有效长度,D为转子直径Br=N·Ｉ/RN·I为励磁绕阻安匝数（电流乘匝数）R为磁阻。

力矩=力*半径力矩与电机有效体积＊安匝数＊磁密　成正比（只考虑线性状态）因此，电机有效体积越大,励磁安匝数越大，定转子间气隙越小,电机力矩越大，反之亦然。

（二）感应子式步进电机

1、特点:

　感应子式步进电机与传统的反应式步进电机相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高,电流小，发热低。

因永磁体的存在,该电机具有较强的反电势,其自身阻尼作用比较好,使其在运转过程中比较平稳、噪音低、低频振动小。

感应子式步进电机某种程度上可以看作是低速同步电机。

一个四相电机可以作四相运行,也可以作二相运行。

（必须采用双极电压驱动），而反应式电机则不能如此。

例如:

四相,八相运行（Ａ-AＢ－B－BC-C-ＣD－D-DA－Ａ）完全可以采用二相八拍运行方式.不难发现其条件为Ｃ=,Ｄ=．一个二相电机的内部绕组与四相电机完全一致,小功率电机一般直接接为二相，而功率大一点的电机,为了方便使用,灵活改变电机的动态特点,往往将其外部接线为八根引线（四相）,这样使用时,既可以作四相电机使用,可以作二相电机绕组串联或并联使用。

2、分类感应子式步进电机以相数可分为：

二相电机、三相电机、四相电机、五相电机等。

以机座号（电机外径）可分为:

42BYG（BYG为感应子式步进电机代号）、５7ＢYＧ、86BYG、１１0BＹＧ、（国际标准）,而像7０BYＧ、９０BＹG、130BYG等均为国内标准。

3、步进电机的静态指标术语相数:

产生不同对极Ｎ、S磁场的激磁线圈对数。

常用m表示。

拍数:

完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示,或指电机转过一个齿距角所需脉冲数,以四相电机为例,有四相四拍运行方式即ＡＢ-BＣ－ＣD-DA－AB，四相八拍运行方式即Ａ－AB－B-BＣ－C-CＤ-D-ＤA-A．步距角:

对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。

θ=3６０度（转子齿数J＊运行拍数）,以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。

四拍运行时步距角为θ=360度/（50*4）=1．8度（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360度／（5０*8）=0．9度（俗称半步）。

定位转矩:

电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的）静转矩：

电机在额定静态电作用下,电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。

此力矩是衡量电机体积（几何尺寸）的标准，与驱动电压及驱动电源等无关。

虽然静转矩与电磁激磁安匝数成正比,与定齿转子间的气隙有关,但过份采用减小气隙，增加激磁安匝来提高静力矩是不可取的,这样会造成电机的发热及机械噪音。

ﻬ一、步进电机

１.1步进电机的原理

步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，　广泛应用在各种自动

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

国民经济领域都有应用。

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。

当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设