C6140车床横向纵向进给系统（CAD图，电路图，时序图，说明书等都有，比其他都全面）
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C6140车床横向纵向进给系统（CAD图，电路图，时序图，说明书等都有，比其他都全面）,c6140,车床,横向,纵向,进给,系统
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本 科 生 毕 业 设 计（论 文） 文献综述 题目： 步进电机控制系统设计 姓 名： 生炜 学 号： 201105010525 指导教师： 王素暖 班 级： 机械 115 班 所在院系： 机电工程学院 nts 1 文 献 综 述 摘要 ：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，它广泛用 于打印机、电动玩具等消费类产品以及数控机床、工业机器人、医疗器械等机电产品中，其在各个国民经济领域都有应用。研究步进电机的控制系统，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。 步进电机是一种能将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件，步进电机控制系统主要由步进控制器 ,功率放大器及步进电机等组成。采用单片机控制 ,用软件代替上述步进控制器 ,使得线路简单 ,成本低 ,可靠性大大增加。软件编程可灵活产生不同类型步进电机励磁序列来控制各种步进电机的运行方式。 关键词：步进电机，单片机，正反转控制 一、 本课题研 究背景、目的及意义 控制系统对步进电机的控制通过步进电机驱动器来完成。因此他已经被广泛的用于自动控制系统中作为执行元件。原来的步进电机控制系统采用分立元件或者集成电路组成的控制回路，不仅调试安装复杂，要消耗大量元器件，实现起来成本高，费时多，而且一旦成型后，电路就很难改动，因此不得不完全重新设计控制器。 （ 1） 步进电动机是用电脉冲信号进行控制 ,将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的微电动机它最突出的优点是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、正反转控制及制动等，并且用其组成的开环系 统既简单、廉价又非常可行，因此在打印机等办公自动化设备以及各种控制装置等众多领域有着极其广泛的应用。随着微电子和计算机技术的发展，步进电动机的需求量与日俱增，研制步进电机驱动器及其控制系统具有十分重要的意义。 二、本课题国内外研究现状和发展趋势 步进电机是国外发明的。中国在文化大革命中已经生产和应用，例如江苏、浙江、北京、南京、四川都生产，而且都在各行业使用，驱动电路所有半导体器件都是完全国产化的 ，,还有电容耦合输入的计数器 、 、形分配器。 国外在大功率的 工业设备驱动上，目前基本不使用大扭矩步进电动机，因为从驱动电路的成本 .效率 .噪音 .加速度绝对速度 .系统惯量与最大扭矩比来比较，比较不划算，还是用直流电动机，加电动机编码器整体技术和经济指标高。一些少数高级的应用，就用空心转杯电机，交流电机。 国外在小功率的场合还使用步进电机：例如一些工业器材工业生产装备、打印机、复印件、速印机、银行自动柜员机。国外用许多现代的手段将步进电机排挤出驱动应用，除了前面提到的旋转编码器、打印机还使用光电编码带或感应编码带配合直流电动机，实现闭环直线位移控制。 国内过去是用大力矩步 进电动机实现机床数控，有实力的公司现在也采用交流电动机驱动数控机床，在驱动设备的主要差距是国外对交流电动机的控制理论与工程分析和应用能力强，先进的控制理论作为软件，写在控制器内部。 总的来说，步进电机是一种简易的开环控制，对运用者的要求低，不适合在大功率的场合使用。 卫星、雷达等应用场合，中国在文化大革命后期，就生产了力矩电机，就生产了环形力矩电在高品质的控制场合，有时还不能使用步进电机。步进电机的细分控制在改革开放初期，国内就已经基本掌握这与交流电动机的矢量控制相比，难度要低得多。 三、 步进电机的发展概况 及现状 nts 2 步进电机最早是在 1920 年代由英国人所开发。 1950 年代后期晶体管的发明也逐渐应用广泛运用在需要高定位精度、高分解能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。 步进电机有多种不同的结构形式。经过近七十年的发展，逐渐形成以混合式与磁阻式为主的产品格局。混合式步 进电机最初是作为一种低速永磁同步电机设计的，是工业应用最为广泛的步进电机品种。 步进电机在工业自动化装备，办公自动化设备中有这广泛的应用，近年来，控制技术、计算机技术及微电子技术的迅速发展有力地推动了步进电机控制技术的进步，提高了步进电机的高性能伺服控制的设计方法与具体实现技术，反映了步进电机伺服控制技术的最新发展。 （ 3） 四、 单片机的发展概况现状 单片微计算机自 20 世纪 70国 INTEL 公司生产的 MCS-51 单片机基本内核为核心的各种扩展型，增强型的新型单 片机不断推出，所以在今后若干年内， MCS-51 系列以及世界其他各大公司生产的与其兼容的各种增强型，扩展型的单片机。仍是我国单片机应用领域的主流机型。目前在工业控制、智能仪器仪表、办公室自动化、家用电器等诸多领域，到处都可见单片机的踪影，单片机技术开发应用水平已成为一个国家工业化发展水平的标志之一。 （ 4） 五、 论文的内容 现在步进电机已被广泛使用，但步进电机不能像直流电机，交流电机在常规下使用，它必须有双环型脉冲信号，功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此设计步进电机具有现实意义和实用价值。 本论文主要研 究步进电机的启停，以及基于单片机的步进电机速度、方向、和加减速的控制、位置控制等方案。利用单片机能实现工业自动化、提高生产效率、安全、以及降低劳动强度。 本论文 所选的步进电机是 三相六拍 步进电机，采用的方法是利用单片机控制步进电机的驱动。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，他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电机转动的速度和加速度，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉 冲频率来调节步进电机的速度，并且通过数码管显示其转速的级别。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 100%）的特点，广泛应用与各种控制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及步进角。您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，同时您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。 步进电机不能直接接到交直流电源上工作，而必须使用专用设备 步进电 机驱动器 .步进电机驱动系统的性能，除与电机本身的性能有关外，也在很大程度上取决于驱动器的优劣。典型的步进电机驱动系统是由步进电机控制器、步进电机驱动器和步进电机本体三部分组成。步进电机控制器发出步进脉冲和方向信号 ， ， 步进电机驱动器驱动步， 即步进一步。步进电机转速的高低、升速或降速、启动或停止都完全取决于脉冲的有无或频率的高低。控制器的方向信号决定步进电机的顺时针或逆时针旋转。通常步进电机驱动器由逻辑控制电路、功率驱动电路、保护电路和电源组成。步进电机驱动器一旦接收到 来自控制器的方向信号和步进脉冲 ，nts 3 ， 不能提供步进电机所需的输出功率，必须进行功率放大，这就是步进电机驱动器的功率驱动部分。功率驱动电路向步进电机控制绕组输入电流，使其励磁形成空间旋转磁场，驱动转子运动。保护电路在出现短路、过载、过热等故障时迅速停止驱动器和电机的运行。 （ 5）（ 10） 通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定 子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。 （ 6） 六、步进电机原理 步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。步进电机可分为反应式步进电机（简称 VR）、永磁式步进电机（简称 PM）和混合式步 进电机（简称 HB）。 步进电机区别于其他控制电机的最大特点是，它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。其基本原理作用如下： 1.控制换相顺序 通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：三相步进电机的三拍工作方式，其各相通电顺序为 A B C，通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制 A、 B、 C 相的通断。 2.控制步进电机的转向 如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就 反转。 3.控制步进电机的速度 如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。 （ 9） 七、 PM) .磁式步进一般为两相 ， 转矩和体积较小 ， 步进角一般为 7.5 度 或 15VR),国内一般叫 BF ， 步距角为 1.5 度 ， 也有五相反应式。噪音大无定为转距已大量淘汰。 HB),常见的有两相混合式、五相混合式、三相混 合式、四相混合式、两相跟四相可以通用驱动器、五相跟三相必须使用各自的驱动器、两相、四相混合式步距角多是1.8 0.72 度，电机步距角小、分辨率高，但是驱动电路复杂、接线麻烦，如 5 相十线制。 三相混合式步进电机步距角为 1.2 1.8 ， 五相混合式更多的磁极 ， 有利于电机夹角的对称因此可以比两相五相精度更高误差更小、运行更平稳。 （ 7） 八、参数概念 电机的保持转距 ： 指步进电机通电但没有转动时 ， 定子 锁住转子的力矩。它是步进电机nts 4 最重要的参数之一 ， 通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩， ， 所以保持转矩就成为了衡： 当人们说 2N.m 的步进电机 ， 在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为 2N.m的步进电机。步进电机的精度 ： 3-5%， 且不累积。 空载启动频率 ： 即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率 ,如果脉冲频率高于该值电机不能正常启动 ， 可能发生丢步或堵转 ， 在有负载的情况下 ， 启动频率应更低。 如果要使电机达到高速转动 ， 速度升度。定位转距 ： 定位转矩是指步进电机不通电的情况下 ， 定子锁住转子的力矩。运行频率 ：高电机的运转精度。减少噪音。如对于步距角为 1.8，整步 ,两相混合式步进电机。如果细分驱动器的细分数为 8，那么电机的运转分辨率为每个脉冲 0.072电机的精度能否达到或接近 0.225还取 ， 细分数越大精度越难控制。 （ 8） 九、 总结 通过本课题，一方面我在查阅资料的基础上，了解 AT89C51 单片机控制的一些基本技术，掌握其控制系统的分析方法与实现方法 ,能对单片机外围电路设计进行系统学习与掌握；另一方面，在设计步进电机控制系统的硬件电路，控制程序和相应的电路图时，应充分运用说学知识，善于思考，琢磨，分析。 nts 5 参考文献 1袁任光 ,张伟武 .电动机控制电路选用与 258 实例 M.北京 :机械工业出版社 ,2005. 2李夙 .异步电动机直接转矩控制 M.北京 :机械工业出版社 ,1998. 3王鸿钰 .步进电机控制入门 M.上海 :同济大学出版社 ,1990. 4张友德 .单片微型机原理、应用与实验 M.上海 : 2005. 5王秀和 .永磁电机 M.北京 : 中国电力出版社 ,2007. 6孙笑辉 ,韩曾晋 .减少感应电动 机直接转矩控制系统转矩脉动的方法 J.电气传 动 ,2001 (1):8-11. 7冯江华 ,陈高华 ,黄松涛 .异步电动机的直接转矩控制 J.电工技术学报
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