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掌握。本文采纳硬件掌握系统，通过单片机MC9S12XS128与光电编码器对步进电机进行速度的掌握。最终对步进电机的速度曲线进行讨论。     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掌握系统之中，比如当今电子钟表、工业机械手、包装机械和汽车制动元件的测试中等。步进电机在将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、五相往三相电动机进展。而这便需要对步进电机的掌握提出了更高的要求。   

2、; 1.步进电机综合介绍    1.1.步进电机分类    步进电动机的种类许多，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应式(VR)、永磁式(PM)和混合式(HB)三大类；按相数分则可分为单相、两相和多相三种。目前使用最为广泛的为反应式和混合式步进电机。    1.1.1.反应式步进电机    反应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。它的结构简洁，成本低，但噪音大。   

3、  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，所以一般步距角比较大，步进角一般为7.5度或15度。它输出转矩大，动态性能好，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应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。混合式与传统的反应式相比，结构上转子加有永磁体，以供应软磁材料的工作点，而定子激磁只需供应变化的磁场而不必供应磁材

4、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应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，便驱动电机根据设定的方向转动肯定的角位移量。我们可以通过掌握脉冲的个数来掌握步进电机的角位移量，通过掌握脉冲的频率来掌握速度与加速度。    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

5、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缘由。    在非超载的状况下，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掌握讨论。    2.步进电机掌握系统的讨论    2.1.脉冲掌握的方法    实现脉冲的安排的方法有两种：软件法和硬件法。软件法在电机运行的过

6、程中，要不停地产生掌握脉冲，占用了CPU大量的时间，可能会使单片机无法进行其它工作，所以现在大部分都是采纳硬件法。    2.2.掌握系统硬件设计的讨论    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。掌握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部分保持转矩（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转）。步进电机驱动器，必需与步进电机的型号相匹配。否则，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是飞思卡尔公司为成本敏感型汽车车身电子应用而设计的16位微掌握器，其相关特性足以满意此掌握系统的设计要求。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）；