一種步進電機曲線運動模型設計的研究

1、一種步進電機曲線運動模型設計的研究具有迅速啟停，精確度高等特點，因為步進電機在速度和位置上的控制優(yōu)勢，使得由步進電機控制的切割機床等生產(chǎn)機床能夠越發(fā)精確和便捷的完成任務。本課題利用控制步進加減速，也就是轉變脈沖的時光間隔。通過單片機從而控制步進電機，可以有軟件和硬件兩種辦法：軟件是通過轉變程序的辦法進而轉變輸出脈沖的頻率，但是這種辦法在電動機控制中要不停地產(chǎn)生控制脈沖占用了大量的cpu時光，使單片機無法同時舉行其他工作；硬件辦法是利用控制器的內部的定時器來完成的，在進入定時中斷后轉變定不時數(shù)，從而升速時使脈沖頻率逐漸增大，減速時使脈沖頻率逐漸減小，這種辦法占用cpu時光較少，是目前我們用法較多

2、的調速辦法。1 切割系統(tǒng)硬件組成囫圇模型系統(tǒng)框圖1所示。切割控制系統(tǒng)結構框圖1所示，是由光電模塊、單片機控制模塊、步進電機驅動模塊、伺服機構和自由擺本體等幾大部分構成的一個系統(tǒng)。在囫圇系統(tǒng)中，通過光電編碼的反饋獲得末端被控機械的角位移，控制驅動模塊實時讀取光電編碼器反饋的數(shù)據(jù)，進而確定控制方式(電機如何轉動、轉動速度、加速度等)，同時控制模塊通過處理器內部的控制算法實現(xiàn)該控制決策，產(chǎn)生相應的控制信息，使電機轉動，完成要處理的被控制對象的運動。1.1 單片機控制系統(tǒng)本系統(tǒng)設計中采納89c作為處理器，89c51單片機把組成計算機的各種功能部件：中心處理器cpu、i/o接口、ram、rom、定時器/

3、計數(shù)器以及串行通訊接口等部件組成，并將這些部件都集成在一個芯片內，構成一個完整的微型計算機。單片機是囫圇系統(tǒng)的核心，主要用于處理光電編碼器采集和傳輸回歸的數(shù)據(jù)，它通過處理器內部的控制算法把光電編碼器反饋回歸的信息用于控制步進電機的轉速與轉向。1.2 步進電機隨動系統(tǒng)對于步進電機來說，假如要獲得較快的加減速過程，即要求在每一個頻率對應輸出最大轉矩。通過電機頻矩特性曲線可以得到每個頻率下的最大輸出力矩。在起動過程中，因為受最大輸出力矩的限制，因此會影響起動距離和起動時光。因為本運動平面范圍很小，同時求探測點以一定的初速度作曲線運動，對x軸方向負載電動機的起動提出了要求：在達到設定的初始速度時，要求

4、起動距離盡可能短。因此采納傳統(tǒng)的啟動方式，達不到本課題的目的，在本課題中，采納了一種新式的啟動方式。1.3 傳感器模塊設計中挑選光電編碼器作為傳感器模塊，它是一種將輸出軸上的機械幾何位移量通過光電轉換轉換成數(shù)字量或脈沖的一種傳感器。這是目前測量角位移應用最廣泛的一種傳感器，光電編碼器是由光電檢測裝置和光柵盤組成的一種傳感器。光柵盤是在給定直徑的圓盤上平均地開通若干個長方形孔。因為光電碼盤與電動機同軸，當電動機運動時，光柵盤與電動機保持同步轉動，經(jīng)檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數(shù)就能反映當前電動機的轉速。那么，光電編碼器就可以十分精準的測量出自由擺的擺角，再由單

5、片機實時控制電機轉速，從而達到隨時精準的控制效果。2 步進電機控制軟件設計對于步進電機的速度控制系統(tǒng)，從起點到盡頭的運行速度是有一定要求的。假如要運行的速度沒有超過步進電機的極限起動頻率，那么電機能夠按要求挺直起動，運行至設定點后可通過停止脈沖串控制電機停止。但在通常狀況下，當要求的步進電機運行速度比較高時，而電機的極限啟動頻率又比較低，這時系統(tǒng)在開頭啟動時即以運行速度挺直啟動，因為該啟動速度超過極限啟動頻率從而使步進電機不能正常啟動，從而會產(chǎn)生失步，甚至是不能啟動的狀況。囫圇系統(tǒng)運行時，假如達到設定點時立刻控制停止發(fā)生脈沖串，令步進電機立刻停止，因為系統(tǒng)慣性，使得步進電機不能夠立刻停止，從而

6、會產(chǎn)生一種過沖現(xiàn)象。因此，要對步進電機在運行的過程中和啟動時采納加速和減速過程，即采納升頻啟動和降頻停止技術。當啟動步進電機時，要使步進電機逐步達到穩(wěn)定的工作頻率，當停止步進電機時，使步進電機的運行頻率逐步減低直至停止。但假如升降頻率比較緩慢，步進電機雖然不能浮現(xiàn)過沖和失步的現(xiàn)象，但卻降低了囫圇系統(tǒng)的工作效率。因此，對步進電機的頻率控制有2個基本要求：第一、要給出電機固定的總步數(shù)，其次是要盡量減短走步的總時光。為了達到以上二個要求，在軟件編譯方面要做大量的工作。為了確定電機固定的總步數(shù)，要設置一種能隨時檢驗總步數(shù)是否達到給定值的辦法，電動機每換相一次，都要校核一次。在步進電機運行前，可將給定的

7、總步數(shù)存放在ram區(qū)的某些單元中，電動機啟動后，軟件按換相次數(shù)遞減這些存儲單元中的數(shù)值，同時檢測單元中的數(shù)值直至該數(shù)值為零，此時解釋電機已走完預先給定的總步數(shù)，應停止脈沖發(fā)生，停止電機運轉?？梢酝ㄟ^軟件來實現(xiàn)對步進電機加減速的控制，分為加速階段、勻速階段、減速階段三個階段。采納微處理器對步進電機舉行加減速控制事實上就是轉變輸出脈沖的頻率，升速時脈沖頻率逐漸加快，減速時脈沖頻率逐漸變慢。較為抱負的啟動曲線應是按指數(shù)邏輯啟動，但實際應用中常常采納按直線擬合的辦法，即采納恒加速算法，易操作，效果較好。本設計采納的是對步距角舉行8細分。每發(fā)出一個脈沖，電機走一步，轉過的角度為1.8°/8，即0.225°，電機轉一圈需要1600個脈沖。步進電機的方向由的一個io口控制，并且利用兩個