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步进电机运动控制系统设计-机电毕业论文(4)

2013-09-02 01:19
导读:需的装载值固化在系统的ROM中,系统在运行中用查表法查出所需的装载值,这样可大幅度减少占用CPU的时间,提高系统的响应速度愿大多数步进电机运动控
需的装载值固化在系统的ROM中,系统在运行中用查表法查出所需的装载值,这样可大幅度减少占用CPU的时间,提高系统的响应速度愿大多数步进电机运动控制系统都运行在开环状态下,因为较低,并可提供运动控制技术固有的位置控制,无须反馈。但是,在某些应用中,需要更多的可靠性、安全性或产品质量的保证,因此,闭环控制也是一种选择.以下是一些实现步进电机闭环控制的方法:

    1) 步进确认,这是最简单的位移控制,使用一个低值的光学编码器计算步进移动的数量。一个简单的回路与指令校验的步进电机比较,验证步进电机移动到预计的位置;

  2) 反电动势, 一种无传感器的检测方法,使用步进电机的反电动势(eleCtromotiveforCe,emf)信号,测量和控制速度。当反电动势电压降至监测探测水平时,闭环控制转为标准开环,完成最终的位移移动;

  3)全伺服控制,指全时间的使用反馈设备,用于步进电机--编码器、解码器、或其它反馈传感器上,从而更为精确地控制步进电机位移和转矩。

  其它的方法包括各种不同的反电动势控制电机参数测量和软件技术,一些制造企业都会使用这些方法。这里,步进驱动监控和测量电机线圈,使用电压额电流信息提高步进电机控制。正阻尼使用这一信息阻挡振动的速度,产生更多的可用的转矩输出,降低转矩的振动损耗。无编码器安装监测采用信息检测同步速度的损耗。

  传统步进电机控制通常采用反馈设备和非传感方法,是有效的实现带有安全需求、危险状况或高精确度要求的运动应用的方法。
    大多数基于步进电机的系统,一般都运行在开环状态下,这样可提供一个低成本的方案。 事实上,步进系统可提高位移控制的的性能,且不需要反馈。但是,当步进电机在开环时运行,在命令步幅和实际步幅之间会有同步损耗的可能。

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    闭环控制,是传统步进控制的一个部分,能有效地提供更高地可靠性、安全性或产品质量。在这些步进系统中,反馈设备或间接参数传感方法的闭环能进行校正或控制失步、监测电机停滞,以及确保更大的可用转矩输出。近期,步进电机的闭环控制(CLC)还能帮助执行智能分布运动架构。然而,开环操作会有失步的风险,这将产生定位失误。但与伺服系统中使用的编码器相比,闭环步进电机采用的编码器成本更低。故选择闭环控制。 

  3.2  驱动方式的确定

  并于步进电机的驱动一般有两种方法,一种是通过CPU直接来驱动,这种方法一般不宜采用,因为CPU的输出电流脉冲是特别小的它不能足以让步进电机的转动;别一种是通过CPU来间接驱动,就是把从CPU输出的信号进行放大,然后直接驱动或是再通过光电隔离间接来驱动步进电机,这种方法比较安全可靠。固本次设计应采用CPU间接驱动步进电机。用编码器还的测速发电机作为转速测量工具,因为选择了闭环控制,就必须有反馈元件,反馈元件一般有两种,一种是采用同轴的测速发电机,把步进电机的转速反馈回来,然后通过显示器显示出来并对步进电机进行调节;别一种是通过光同轴的电编码器把步进电机的转速反馈回来对步进电机进行调节;两者相比,后者的设计比较简单,价格便宜,安全可靠,污染少。固一般采用后者,用光电骗码器作为反馈元件。

  3.3  驱动电路的选择

  步进电机的驱动电机有多种,但最为常用的就是单电压驱动、双电压驱动、斩波驱动、细分控制驱动等。单电压驱动是步进电机控制中最为简单的一种驱动电路,它在本质上是一个单间的反相器。它的最大特点是结构简单,因它的工作效率低,特别是在高频下更显的突出。它的外接电阻R要消耗相当一部分的热量,这样就会影响电路的稳定性所以此种驱动方式一般只用在小功率的步进电机的驱动电路中。双电压驱动是电路一般采用两种电源电压来驱动,因这两个电源分别是一个为高压一个为低压,因此也称为高低压驱动电路。双电压驱动电路的缺点是在高低压连接处电流出现谷点,这样必然引起力矩在谷点处下降。不宜于电机的正常运行。对于斩波电路驱动则可以克服这种缺点,并且还可以提高步进电机的效率。所以从提高效率来看这是一种很好的驱动电路,它可以用较高的电源电压,同时无需外接电阻来限定期额定电流和减少时间常数。但由于其波形顶部呈现锯齿形波动,所以会产生较大的电磁噪声。细分驱动是用脉冲电压来供电的,对于一个电压脉冲,转子就可以转动一步,一般会根据电压脉冲的分配方式,步进电机各相绕阻会轮流切换,固可以使步进电机的转子旋转。细分控制的电路一般分为两类,一类是采用线性模拟功率放大器的方法获得阶梯形电流,这种方法简单,但效率低。别一种是用单片机采用数子脉宽调制的方法获得阶梯电流,这种方法需要复杂的计算可使细分后的步距角一致。但因本次设计对步进电机的精度要求比较高转速的调节范围比较广,固应选用驱动芯片8713来驱动,并通过软件来实现步进电机的调速。

  3.4  基本方案的确定

  因本次设计的要求,选用三相三拍步进电机,单片机选用89C51作为控制器。选取用8279来驱动显示和键盘。选用8713作为步进电机的驱动

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