控制步进电机方向.ppt

控制步进电机方向 一 实验目的1 熟悉步进电机的工作原理和励磁方式 2 熟悉并灵活应用常用的IO口 3 了解驱动芯片ULH2003A的使用 二 实验器材 LPC2138一片 四相步进电机一个 10千欧电阻两个 5V电源 3 3V电源 三 实验要求 按下按键一控制电机正转按下按键二控制电机反转 四 预备知识1 ULN2003A简介 高耐压 大电流 有7个硅NPN达林顿管组成的驱动芯片 基本参数模块配置 7NPN电压 Vceo 50V集电极直流电流 500mA直流电流增益hFE 1000工作温度范围 20 Cto 85 C封装类型 PDIP引脚数 16封装类型 DIP晶体管数 7表面安装器件 通孔安装器件标号 2003最大连续电流 Ic 500mA芯片标号 2003输入电压最大 30V输入类型 5VTTLCMOS输出电压最大 50V输出电流最大 0 6A通道数 7逻辑功能号 2003 可见ULN2003A依靠的是达林顿管的放大作用 2 步进电机 一 步进电机简介 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 二 步进电机的分类 1 应式步进电机 VR 2 永磁式步进电机 PM 3 混合式步进电机 HB 4 单相式步进电机 三 步进电机的一些基本参数 1 步距角表示控制系统每发一个步进脉冲信号 电机所转动的角度 真正的步距角和驱动器有关 2 步进电机的相数是指电机内部的线圈组数 目前常用的有二相 三相 四相 五相步进电机 电机相数不同 其步距角也不同3保持转矩是指步进电机通电但没有转动时 定子锁住转子的力矩 四 步进电机的特点 1 输出角与输入脉冲严格成正比 且在时间长同步 步进电机的步距角不受各种干扰因素 如电压的大小 电流的数值 波形的影响 转子的速度主要取决与脉冲信号的频率 总的位移量则取决与总脉冲数 2 步进电机的转向可以通过改变通电顺序来改变 3 转子惯量小 启 停时间短 4 步进电机具有自锁能力 一旦停止输入脉冲 只要维持绕组通电机就可以保持在该固定位置 5 步进电机的步进角有误差 转子转过一定步数以后也会出现累计误差 但转子转过一转时间以后 其累积误差为零 不会长期积累 6 与计算机接口容易 维修方便 寿命长 步进电机本身就是一个数 模转换器 能够直接接受计算机的输出的数字量 7 能量效率低 存在失步现象 五 步进电机的驱动电源 1 步进电机应由专用的驱动电源来供电 由驱动电源和步进电机组成一套伺服装置来驱动负载工作 2 步进电机的驱动电源 主要包括边频信号源 脉冲分配器和脉冲放大器等三个部分 如图1 4所示 六 感应子式步进电机工作原理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 2 3 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 此时齿3与C偏移为1 3 齿4与A偏移 1 3 2 3 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 此时与A偏移为1 3 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 七 感应子式步进电机 1 特点 1 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 2 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 2 分类 1 按相数可分为 二相电机 三相电机 四相电机 五相电机等 2 按机座号 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 八 驱动控制系统组成 使用 控制步进电机必须由环形脉冲 功率放大等组成的控制系统 其方框图如下 1 脉冲信号的产生脉冲信号一般由单片机或CPU产生 一般脉冲信号的占空比为0 3 0 4左右 电机转速越高 占空比则越大 2 信号分配应子式步进电机以二 四相电机为主 二相电机工作方式有二相四拍和二相八拍二种 3 功率放大功率放大是驱动系统最为重要的部分 步进电机一经定型 其性能取决于电机的驱动电源 步进电机转速越高 力距越大则要求电机的电流越大 驱动电源的电压越高 电压对力矩影响如右 4 细分驱动器 九 步进电机的选择 步进电机有步距角 涉及到相数 静转矩 及电流三大要素组成 一旦三大要素确定 步进电机的型号便确定下来了 1 步距角的选择2 静力矩的选择3 电流的选择综上所述选择电机一般应遵循以下步骤 步进电机实验机理和特点 步进电机的结构 步进电机的工作方式 这种工作方式 因三相绕组中每次只有一相通电 而且 一个循环周期共包括三个脉冲 所以称三相单三拍 三相单三拍的特点 1 每来一个电脉冲 转子转过30 此角称为步距角 用 S表示 2 转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序 改变通电顺序即可改变转向 二 三相单双六拍 三相绕组的通电顺序为 A AB B BC C CA A共六拍 工作过程 A相通电 转子1 3齿和A相对齐 所以转子转到两磁拉力平衡的位置上 相对AA 通电 转子转了15 1 BB 磁场对2 4齿有磁拉力 该拉力使转子顺时针方向转动 A B相同时通电 2 AA 磁场继续对1 3齿有拉力 总之 每个循环周期 有六种通电状态 所以称为三相六拍 步距角为15 B相通电 转子2 4齿和B相对齐 又转了15 三 三相双三拍 三相绕组的通电顺序为 AB BC CA AB共三拍 工作方式为三相双三拍时 每通入一个电脉冲 转子也是转30 即 S 30 本实验采用单双向六拍 此外还有小步距步进电机 这里不做介绍 十 步进电机的应用 1 步进电机主要用于一些有定位要求的场合 例如 线切割的工作台拖动 植毛机工作台 毛孔定位 包装机 定长度 一般涉及到定位的场合都用得到 2 广泛应用于ATM机 喷绘机 刻字机 写真机 喷涂设备 医疗仪器及设备 计算机外设及海量存储设备 精密仪器 工业控制系统 办公自动化 机器人等领域 3 步进电机在电脑绣花机等纺织机械设备中有着广泛的应用 本实验采用GPIO的P0 0 P0 1 P0 2 P0 3对应的驱动 1 2相励磁 如下 P0 0P0 1P0 2P0 3对应值相序001002B011006BC010004C11000CCD100008D100109DA000101A001103AB 五 实验电路图 主程序文件 include Config h include Target h defineKEY1 IO0PIN 名称 main 功能 通过按键KEY1控制电机的正转 KEY2控制电机的反转 intmain v