2022基于单片机步进电机速度控制研究

1、基于单片机步进电机速度控制研究 本文对步进机一个全面的介绍，再基于单片机对步进电机的控制。本文采用硬件控制系统，通过单片机MC9S12XS128与光电编码器对步进电机进行速度的控制。最后对步进电机的速度曲线进行研究。 步进电机又称为脉冲电动机或者阶跃电动机，作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用于各种自动化控制系统之中，比方当今电子钟表、工业机械手、包装机械和汽车制动元件的测试中等。步进电机在未来应用前景会往更加小型化、从圆形电动机往方形电动机和四相、五相往三相电动机开展。而这便需要对步进电机的控制提出了更高的要求。 1.步进电机综合介绍 1.1.步进电机分类 步进电动机的种类很多

2、，从广义上讲，步进电机的类型分为机械式、电磁式和组合式三大类型。按结构特点电磁式步进电机可分为反响式(VR)、永磁式(PM)和混合式(HB)三大类；按相数分那么可分为单相、两相和多相三种。目前使用最为广泛的为反响式和混合式步进电机。 1.1.1.反响式步进电机 反响式步进电机的转子是由软磁材料制成的，转子中没有绕组。一般为三相，可实现大扭矩的输出，步进角一般为1.5度。它的结构简单，本钱低，但噪音大。 1.1.2.永磁式步进电机 永磁式步进电机的转子是用永磁材料制成，转子本身就是一个磁源。转子的极数和定子的极数相同，所以一般步距角比拟大，步进角一般为7.5度或15度。它输出转矩大，动态性能好，

3、消耗功率小，但启动运行频率较低，还需正负脉冲供电。 1.1.3.混合式步进电机 混合式步进电机综合了反响式和永磁式两者的优点。它分为两相和五相，两相的步进角一般为1.8度，而五相的步进角为0.72度。混合式与传统的反响式相比，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。 目前使用最为广泛的为反响式和混合式步进电机。 1.2.步进电机的工作原理 步进电机是将电脉冲信号转化为角位移增量，也即是说，当步进驱动器接收到一个脉冲信号时，便驱动电机按照设定的方向转动一定的角位移量。我们可以通过控制脉冲的个数来控制

4、步进电机的角位移量，通过控制脉冲的频率来控制速度与加速度。 定子齿有三个励磁绕组，其几何轴线分别于转子的轴线错开。当A相通电时，由于定齿的A齿与转子的1齿对齐，没有切向力，转子静止，接着B相通电，转子齿偏移定子一个角度，由于励磁磁通力图沿着磁阻最小的路径通过，因此对转子产生电磁吸力，迫使转子齿转过转动，当转子转到定子齿对齐位置时，因转子只受径向力而无切向力的作用，故转矩为零，转子被锁定在该位置上。综上可得出，错齿是促使步进机旋转的根本原因。 在非超载的情况下，电机转速、停止的位置只取决于脉冲信号的脉冲数和脉冲频率，而不受负荷变化的影响。本文是基于这个条件下进行步进电机速度控制研究。 2.步进电

5、机控制系统的研究 2.1.脉冲控制的方法 实现脉冲的分配的方法有两种：软件法和硬件法。软件法在电机运行的过程中，要不停地产生控制脉冲，占用了CPU大量的时间，可能会使单片机无法进行其它工作，所以现在大局部都是采用硬件法。 2.2.控制系统硬件设计的研究 良好的驱动系统方案能强有力的支撑步进电机升降速曲线的设计。控制系统每发一个脉冲信号, 通过驱动器就能够驱动步进电机旋转一个步距角。步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。角位移量与脉冲个数相关。步进电机停止旋转时，能够产生两种状态：制动加载能够产生最大或局部保持转矩通常称为刹车保持，无需电磁制动或机械制动及转子处于自由状态能够被外部推力带动轻松旋

6、转。步进电机驱动器，必须与步进电机的型号相匹配。否那么，将会损坏步进电机及驱动器。电机驱动系统的性能直接影响和制约加减速曲线的效果。其 硬件方面，基于MC9S12XS128 16位MCU以及光电编码器、步进电机驱动电路、单片机最小系统板电路支撑软件平台。 MC9S12XS128是飞思卡尔公司为本钱敏感型汽车车身电子应用而设计的16位微控制器，其相关特性足以满足此控制系统的设计要求。MC9S12XS128 MCU主要特性： (1)S12X CPU， 最高总线速度40MHz； (2)2.128KB闪存，带有错误校正功能ECC； 内容总结1基于单片机步进电机速度控制研究 本文对步进机一个全面的介绍，再基于单片机对步进电机的控制2它分为两相和五相，两相的步进角一般为1.8度，而五相的步进角为0.72度3混合式与传统的