張秀輝+蘇娛

摘要：本課題探究單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)為核心的控制系統(tǒng)，能夠提高系統(tǒng)的性能。但是現(xiàn)有的系統(tǒng)控制系統(tǒng)做得相對(duì)復(fù)雜一些，從用戶的角度考來看還存在許多缺陷，用戶使用過程出現(xiàn)操作不方便，所以讓控制系統(tǒng)設(shè)備不夠人性化。同時(shí)各種技術(shù)界限太明顯，也就導(dǎo)致了彼此之間的相關(guān)性太少，和工程實(shí)踐有機(jī)結(jié)合的技術(shù)不好利用過來，出現(xiàn)脫節(jié)的現(xiàn)象。同時(shí)課題中探究了常用的驅(qū)動(dòng)技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用，并且介紹了單片機(jī)為控制核心的系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，這里探究的是基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的性能分析和實(shí)現(xiàn)過程。

關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī)；控制系統(tǒng)；單片機(jī)；驅(qū)動(dòng)技術(shù)

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）12-0279-02

1步進(jìn)電機(jī)概述

1.1反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)原理

步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)差不多和普通電機(jī)一樣，如轉(zhuǎn)子、定子和反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的定子繞組電動(dòng)機(jī)基本組件也有。一般來說，反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的工作原理是使用物理“磁通總是試圖使它通過磁阻最小的路徑”磁阻轉(zhuǎn)矩，一步一步由電動(dòng)機(jī)可以出現(xiàn)。只是步進(jìn)電機(jī)定子繞組可分為階段，每個(gè)階段的兩極，有許多牙齒，轉(zhuǎn)子軸上有很多齒。下面探究的步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的最關(guān)鍵因素是錯(cuò)齒。

1.2四相步進(jìn)電機(jī)

1.2.1四相步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)

本課題中探究的四相步進(jìn)電機(jī)和普通電機(jī)一樣，轉(zhuǎn)子和定子繞線機(jī)的一些基本的步進(jìn)電機(jī)也有反應(yīng)。四相步進(jìn)電機(jī)定子繞組在這里是可以分為四個(gè)階段，這里說到的每個(gè)階段的極性，有許多牙齒，另外我們可以知道相同的轉(zhuǎn)子軸上都有非常多的齒。

1.3四相步進(jìn)電機(jī)通電原理

1.3.1控制步進(jìn)電機(jī)的速度

我們知道對(duì)于步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速直接相關(guān)于單片機(jī)輸出的具體脈沖頻率值，倘若想要改變步進(jìn)電機(jī)的整個(gè)旋轉(zhuǎn)速度的大小，那么我們也是只需轉(zhuǎn)變這里的控制單片機(jī)輸出的具體脈沖頻率值。

1.3.2控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向

本課題中探究的步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與內(nèi)部繞組電順序關(guān)系密切，因此，這里需要改變步進(jìn)電機(jī)的整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，那么只要改變每相繞組電先后的這樣順序。又或者是改變每相繞組電流的順序來掌握整個(gè)的步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)過程。

2步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)

2.1步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)組成

步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)是一個(gè)有機(jī)的完整的整體，由運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和操作控制系統(tǒng)組成。由操作系統(tǒng)完成把操作者的操作轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)能接受的電信號(hào)，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)隨之作出反應(yīng)，完成規(guī)定動(dòng)作。運(yùn)動(dòng)控制是一門有關(guān)如何對(duì)物體位置和速度進(jìn)行控制的技術(shù)。典型的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)由三部分構(gòu)成：控制部分、驅(qū)動(dòng)部分、執(zhí)行部分。

步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)是一個(gè)有機(jī)的整體，整體是由運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和操作控制系統(tǒng)。由操作系統(tǒng)完成運(yùn)營商的轉(zhuǎn)型為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)可以接受電信號(hào)，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)可以反應(yīng)，全套。運(yùn)動(dòng)控制是如何控制對(duì)象位置和速度的技術(shù)。典型的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)由三部分組成：控制部分、傳動(dòng)部分、執(zhí)行部分。

2.2驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)組成

2.2.1脈沖信號(hào)分配

通常來說對(duì)于步進(jìn)電機(jī)電子換向的整個(gè)控制來說，也即是脈沖信號(hào)的這樣一個(gè)分布。這里介紹的是軟件和硬件的方法通常比較多地被用于脈沖信號(hào)分布的整個(gè)過程中。

1）硬件法

一般來說，硬件方法指的是特殊的這樣一種脈沖分配裝置用于控制整個(gè)脈沖信號(hào)的分布，使之能夠很好地控制步進(jìn)電機(jī)相序的這樣一個(gè)效果。例如我們知道的PMM8713，能夠很好地完成這個(gè)控制單片機(jī)輸出的脈沖信號(hào)，通過組合邏輯電路將其轉(zhuǎn)換成各相繞組，這里我們也就是利用電源信號(hào)的時(shí)序邏輯。通常來說我們特殊脈沖的這個(gè)分配器由觸發(fā)器組合的這樣一類邏輯電路，它的作用是：根據(jù)指令控制我們的這些信號(hào)，然后直接放大器按照一定的邏輯關(guān)系，按照一定的操作模式使得我們的這些步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行起來。

課題中我們知道硬件方法和專用脈沖的這些分配器，一般來說單片機(jī)的使用會(huì)慢慢下降，并且我們單片機(jī)只產(chǎn)生一步脈沖，對(duì)于整個(gè)控制步進(jìn)電機(jī)的速度和這里的具體轉(zhuǎn)向，另外這個(gè)脈沖的具體分配僅僅是通過我們的脈沖分配器PMM8713來最后實(shí)現(xiàn)的。由于我們的這個(gè)單片機(jī)的負(fù)擔(dān)也減少，因此，編寫的程序，會(huì)更容易。

2）軟件法

本課題中探究的軟件方法可以采用的方式編寫軟件程序，通常來說也是讓這個(gè)步電動(dòng)機(jī)電流變換的整個(gè)順序按照順序原先完成的具體程序，利用我們的這個(gè)單片機(jī)工作I / 0接口驅(qū)動(dòng)電路的方法來測(cè)量輸出的具體脈沖信號(hào)。在我們的生產(chǎn)過程中步進(jìn)電機(jī)，這里的步進(jìn)電機(jī)一般來說也是通過控制脈沖旋轉(zhuǎn)來完成這樣的整個(gè)過程，是因?yàn)樗鼤?huì)需要非常多的這樣一個(gè)CPU時(shí)間，所以也就會(huì)導(dǎo)致在兩邊沖單片計(jì)算機(jī)。在這樣的情況下連接的單片機(jī)，會(huì)導(dǎo)致無法進(jìn)行其他工作，這就是為什么軟件方法會(huì)受到一定的這個(gè)限制。

2.2.2脈沖信號(hào)的產(chǎn)生

一般需要控制步進(jìn)電機(jī)脈沖信號(hào)由單片機(jī)負(fù)責(zé)來生成。本課題中探究的單片機(jī)脈沖信號(hào)的這個(gè)波形以及這里的振幅脈沖是一個(gè)常規(guī)的0到5 v，通常來說這里的發(fā)電功率和時(shí)間可以使用純延時(shí)程序來控制整個(gè)的軟件編程過程。

2.3單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)

本課題探究了驅(qū)動(dòng)脈沖的具體分配方法，能夠通過我們的這個(gè)硬件盒子脈沖分配器。這里我們見利用脈沖分配器的這個(gè)特點(diǎn)，即已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化并且能夠在我們的市場(chǎng)上購買，不過這里的整個(gè)成本相對(duì)來說也是比較高的。一般來說是可以通過單片機(jī)軟件驅(qū)動(dòng)我們的這個(gè)步進(jìn)電機(jī)，利用我們的這個(gè)編程的方式，同時(shí)還有自由在一定范圍的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)前后的數(shù)量，等等，另外來說還能夠較為方便靈活地控制步進(jìn)電機(jī)，從而較好地滿足我們這些不同用戶的這樣一些需求。本課題中探究的系統(tǒng)采用并行控制，是通過直接控制步進(jìn)電機(jī)的這樣一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路。另外也是利用控制軟件，對(duì)我們的單片機(jī)有序的完成整個(gè)的繞組脈沖電流，從而達(dá)到一個(gè)能夠控制電機(jī)的這樣一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，最后也就自然地實(shí)現(xiàn)數(shù)字角度的這樣一個(gè)轉(zhuǎn)換。

通常來說我們的步進(jìn)電機(jī)控制使用的這樣一種軟件方法，也就是通過利用單片機(jī)來完成的，這樣的一個(gè)電路，能夠很好地降低整個(gè)的成本。并且可以采用單片機(jī)來控制步進(jìn)電機(jī)控制方法。這里也是用軟件代替環(huán)形的這樣一種分配器，從而來實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的整個(gè)最佳的控制狀態(tài)。

2.4功率放大器

通常來說這個(gè)單片機(jī)的輸出脈沖電流太小，都是功率放大器電路的需要增加。所以說我們的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是比較關(guān)鍵的一個(gè)部分是我們的功率放大器。具體來看我們驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)是要放大脈沖信號(hào)的。通常來說平均電流和電機(jī)轉(zhuǎn)矩成正比的這樣一種關(guān)系，因此我們的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)盡可能克保證我們的額平均電流更大的這樣一個(gè)目標(biāo)。高功率管或特殊驅(qū)動(dòng)為核心的設(shè)備可用于控制電路。另外我們知道，可以依據(jù)不一樣的需求和不一樣的這個(gè)場(chǎng)合用不一樣的這個(gè)驅(qū)動(dòng)模式。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)方案軟件程序設(shè)計(jì)分析

步進(jìn)電機(jī)的控制電路四相步進(jìn)電機(jī)。本課題中為了使步進(jìn)電機(jī)的整個(gè)負(fù)載能力更好，同時(shí)可以做到更加平穩(wěn)地運(yùn)行，這里可以選擇拍的這樣一種驅(qū)動(dòng)方式。所以在步進(jìn)電機(jī)定子繞組在按照一定的順序依次通電的整個(gè)過程中，我們的轉(zhuǎn)子沿一定方向一步一步。四個(gè)階段電力秩序的八拍：第一階段線圈電，然后轉(zhuǎn)換成A，B兩相線圈加電，，獨(dú)自BC兩相線圈同時(shí)通電……

4結(jié)語

本課題探究的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)能夠?qū)㈦娮蛹夹g(shù)、驅(qū)動(dòng)技術(shù)還有我們的單片機(jī)技術(shù)巧妙的關(guān)聯(lián)，不僅實(shí)質(zhì)性幫助我們整個(gè)控制系統(tǒng)工程實(shí)踐，同時(shí)好對(duì)當(dāng)前的這個(gè)高職教學(xué)有幫助。步進(jìn)電機(jī)的固定角度的這個(gè)旋轉(zhuǎn)控制關(guān)鍵就是利用這個(gè)電脈沖信號(hào)控制相繞組從而來完成整個(gè)電流實(shí)現(xiàn)，和別的這些電動(dòng)機(jī)相比較來看，我們的步進(jìn)電機(jī)具有很多的這些優(yōu)勢(shì)，例如相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)精確控制我們的系統(tǒng)，同時(shí)沒有積累誤差等等，所以說現(xiàn)在各種步進(jìn)電機(jī)已經(jīng)漸漸得到了廣泛應(yīng)用。本課題探究的是單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，不僅適應(yīng)性比較強(qiáng)，而且使用起來非常簡單，同時(shí)性能也比較可靠。

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