基于步进电机调速系统的设计【毕业论文+开题报告+外文翻译+答辩稿】
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毕业设计 (论文 )开题报告 学 生 姓 名： 学 号： 专 业 ： 机械工程及自动化 设计 (论文 )题目 ： 基于步进电机调速系统设计 指 导 教 师 : 2008 年 12 月 12 日 开题报告填写要求 1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效； 2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教 务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见； 3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于 15篇 科技论文的信息量，一般一本 参考书最多 相当于三篇科技论文的信息量 （不包括辞典、手册）； 4 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 7408 94数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2009 年 3 月 15 日”或“ 2009 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000 字左右的文献综述： 文 献 综 述 摘要 通过对步进电机调速系统的概念及其原理分析，单片机 原理应用 的学习，来阐述步进电机的发展和应用， 了解当今市场上大量应用的步进电机的种类及其特点， 尤其是在单片机控制下的各种不同步进电机的广泛应用 。 关键词 单片机 调速系统 步进电机 1 步进电机的概念 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 . 2 步进电机的分类 步进电机分三种：永磁式（ ，反应式（ 混合式（ 磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为 或 15度；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为 噪声和振动都很大。在欧美等发达国 家80年代已被淘汰；混合式步进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 而五相步进角一般为 。这种步进电机的应用最为广泛。 3 步进电机 调速系统 的 控制 原理 步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，它的用途是将电脉冲转化为角位移，它的的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。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，控制换相顺序，即通电控制脉冲必须严格按照一定顺序分别控制各相的通断。通过控制脉冲个数即可以控制角位移量 ，从而达到准确定位的目的。控制步进电机的转向，即给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，若按反序通电换相，则电机就反转。控制步进电机的速度，即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。同时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。 如图 2 所示 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。 4 步进电机 调 速 控 制 方法的应用及原理 实现步进电机升降 速控制的方法有很多 , 比较常见的有以下种 ： (1)直线形加减速控制。这种方法计算简单、节省资源。但是加速、匀速和减速过程不能光滑过渡 , 这样势必会影响系统的运行质量和寿命。所以此种方法适用于处理较慢 , 要求不高的场合 (2)指数形加减速控制。这种方法符合步进电机的固有规律 , 但是计算实现比较麻烦 , 适用于处理速度要求较高的场合形 (3) S 曲线加减速控制。这种方法根据实际情况升速过程采用慢、快、慢的过程来控制步进电机 , 降速过程则正好相反。适用于平稳性要求较高的场合 直线形加减速控制 匀加减速 控制是指加速度保持不变，速度以线性规律上升或下降，如图 3 所示。这种控制方法软件实现比较简单，适应于速度变化较大的快速定位，但是这种方法不完全符合步进电机的速度变化规律，所以效果并不是很理想。 指数形加减速控制 指数曲线控制是指在加速或减速时，步进电机的速度呈指数曲线变化。如图 4 所 示，在开始时加速度最大，随着时间的推移，加速度逐渐减小，在理想情况下应该减小为零，这种方法符合步进电机的矩频特性，快速响应性能好，升降时间短，但当速度变化较大时平衡性比较差。 S 曲线加减速控制 S 曲 线加减速控制 速度呈抛物线变化。如图 5 所示，在加速启动时，加速度由大变小；在减速停止过程中，加速度由小变大，该法综合了匀加减速控制和指数曲线控制，充分利用步进电机本身特性，缩短了升降速时间，又具有较强的响应性，是一种比较好的方法。 5 步进电机的调速的实现 步进电机的速度由单片机发送的脉冲频率决定，而脉冲频率可以通过软件延时和硬件定时两种方式实现。 通过调用标准延时子程序产生脉冲的方法称软件延时，该法首先设置两个字节作为延时程序的入口地址，再根据需要延时的时间长短给这两个字节赋值，则单片机就会 按照设置的延时时间不断地产生脉冲信号控制步进电机转动。软件延时的方法程序简单、思路清晰，而且不占用单片机的硬件资源，但是在延时过程中一直占用着单片机的 宝贵时间， 过使用单片机的定时 /计数器 时产生脉冲的方法称为硬件定时，该法首先根据定时的时间长短设定定时器的工作模式，然后输入定时器的定时常数 ，则定时器就会定时溢出，单片机就会每溢出一次就产生一个脉冲信号控制步进电机转动。硬件定时的方法既需要硬件（定时 /计数器 1），又需要软件来产生所需频率的脉冲信号，是一种软硬结合的方法，虽然占用了一个定时器，但是提高了 利用率， 定时器没产生溢出时运行其它程序。 典型硬件定时程序如下所示： H 0H 定义输出脉冲时间的初始值 义脉冲宽度变化值 50 定义加速脉冲数目 #00000001B 设定定时器工作方式 # #2 ， 3 ， 0 A 定定时器 0 允许中断 1 ， #02H 判断是否送出完整脉冲 4 ， # 开始计时，等待中断 1 ， 断是否送完一个脉冲 1 ， #02H O ， 断是否送完加速脉冲 ， # ， A 2 ， A ， ， #0H A 3 ， A 16 位十六进制加法 4 ， 4 ， 2： ，再次计数 单片机介绍 早期的单片机都是 8位或 4位的。其中最成功的是 031，因为简单可靠而性能 不错获得了很大的好评。此后在 8031 上发展出了 于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用 14 15。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了 16 位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。 90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大的提高。随着 列特别是后来的 32位单片机迅速取代 16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的 8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起 80年代提高了数百倍。目前，高端的 32位单片 机主频已经超过 300能直追 90年代中期的专用处理器 。 大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上 ， 而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的 7 结论 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 ,因此 我将用所学所了解的知识，利用现有的软硬件资源步进电机调速系统的进行设计与开发。 参 考 文 献 1 克劳 斯贝伊特，沃尔夫冈施姆希 M科学出版社， 1999年 9月 . 2 阎石 M1983年 . 3 陆心如 M电子工业出版社， 1996年 6月 . 4 童诗白 M1981年 . 5 胡泓，姚伯威 M防工业出版社， 1999年 6月 . 6 李忠杰，宁守信 M1988年 12月 . 7 宋学君，郭 鸿彦 M学技术出版社， 1998年 . 8 孙辉，张涛，张旭东 京邮电大学出版社， 2001 年 . 9 王树勋 片机开发系统与监控分析 M械工业出版社，1992年 . 10 李勋，李新民 片微型计算机 M技翻译出版社， 1988年 . 11 王树勋，王朝玉，张新发 片微型计算机原理与开发 M械工业出版社， 1988年 . 12 广州周立功单片机发展有限公司 ) 13 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 本设计是拟用 51 单片机 振频率为 12四相六线制步进电机进行控制 ,设计内容预计包括对步进电机实现启动变速停止及速度显示功能 。 预计采用 通过I/的具有时序的方波作为
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