控制步進電機方向

1、控制步進電機方向 一，實驗目的 1，熟悉步進電機的工作原理和勵磁方式。 2，熟悉并靈活應用常用的IO口。 3，了解驅動芯片ULH2003A的使用。 二，實驗器材: LPC2138一片，四相步進電機一個，10千歐電阻兩個，5V電源，3.3V電源。 三，實驗要求： 按下按鍵一控制電機正轉 按下按鍵二控制電機反轉四，預備知識1，ULN2003A簡介（高耐壓，大電流，有7個硅NPN達林頓管組成的驅動芯片）基本參數(shù)基本參數(shù)模塊配置:7 NPN 電壓, Vceo:50V 集電極直流電流:500mA 直流電流增益hFE:1000 工作溫度范圍:-20C to +85C 封裝類型:PDIP 引腳數(shù):16 封裝

2、類型:DIP 晶體管數(shù):7 表面安裝器件:通孔安裝器件標號:2003 最大連續(xù)電流, Ic:500mA 芯片標號:2003 輸入電壓最大:30V 輸入類型:5V TTL CMOS 輸出電壓最大:50V 輸出電流最大:0.6A 通道數(shù):7 邏輯功能號:2003 可見ULN2003A依靠的是達林頓管的放大作用 2，步進電機一、步進電機簡介一、步進電機簡介 步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉過一個步距角。這一線性關系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差

3、而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制變的非常的簡單。二、步進電機的分類二、步進電機的分類 1、應式步進電機（VR） 2、永磁式步進電機（PM） 3、混合式步進電機（HB） 4、單相式步進電機三、步進電機的一些基本參數(shù)三、步進電機的一些基本參數(shù) 1、步距角 表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖信號，電機所轉動的角度。真正的步距角和驅動器有關。 2、步進電機的相數(shù) 是指電機內部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進電機。電機相數(shù)不同，其步距角也不同 3保持轉矩 是指步進電機通電但沒有轉動時，定子鎖住轉子的力矩。 四、步進電機的特點四、步進電機的特點 1 、輸出角與輸入

4、脈沖嚴格成正比，且在時間長同步。步進電機的步距角不受各種干擾因素，如電壓的大小、電流的數(shù)值、波形的影響，轉子的速度主要取決與脈沖信號的頻率，總的位移量則取決與總脈沖數(shù)。 2 、步進電機的轉向可以通過改變通電順序來改變。 3 、轉子慣量小，啟、停時間短。 4 、步進電機具有自鎖能力，一旦停止輸入脈沖，只要維持繞組通電機就可以保持在該固定位置。 5、步進電機的步進角有誤差、轉子轉過一定步數(shù)以后也會出現(xiàn)累計誤差，但轉子轉過一轉時間以后，其累積誤差為零，不會長期積累。 6、與計算機接口容易，維修方便，壽命長。步進電機本身就是一個數(shù)/模轉換器，能夠直接接受計算機的輸出的數(shù)字量。 7、能量效率低，存在失步

5、現(xiàn)象。五、步進電機的驅動電源五、步進電機的驅動電源 1、步進電機應由專用的驅動電源來供電，由驅動電源和步進電機組成一套伺服裝置來驅動負載工作。 2、步進電機的驅動電源，主要包括邊頻信號源、脈沖分配器和脈沖放大器等三個部分，如圖14所示。 六、感應子式步進電機工作原理六、感應子式步進電機工作原理 反應式步進電機原理反應式步進電機原理 1、結構： 電機轉子均勻分布著很多小齒， 定子齒有三個勵磁繞阻，其幾 何軸線依次分別與轉子齒軸線 錯開。0、1/3、2/3, 2、旋轉： 如A相通電，B，C相不通電時，由于磁場作用，齒1與A對齊，（轉子不受任何力以下均同）。 如B相通電，A，C相不通電時，齒2應與B

6、對齊，此時轉子向右移過1/3，此時齒3與C偏移為1/3，齒4與A偏移（-1/3）=2/3。 如C相通電，A，B相不通電，齒3應與C對齊，此時轉子又向右移過1/3，此時 與A偏移為1/3對齊。 如A相通電，B，C相不通電，齒4與A對齊，轉子又向右移過1/3七、感應子式步進電機七、感應子式步進電機 1、特點 (1)、應子式步進電機與傳統(tǒng)的反應式步進電機相比，結構上轉子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點，而定子激磁只需提供變化的磁場而不必提供磁材料工作點的耗能，因此該電機效率高，電流小，發(fā)熱低。 （2）、因永磁體的存在，該電機具有較強的反電勢，其自身阻尼作用比較好，使其在運轉過程中比較平穩(wěn)、噪音低、

7、低頻振動小。 2、分類 （1）、按相數(shù)可分為：二相電機、三相電機、四相電機、五相電機等。 （2）、按機座號（電機外徑）可分為：42BYG(BYG為感應子式步進電機代號）、57BYG、86BYG、110BYG、（國際標準） 八、驅動控制系統(tǒng)組成八、驅動控制系統(tǒng)組成 使用、控制步進電機必須由環(huán)形脈沖，功率放大等組成的控制系統(tǒng)，其方框圖如下： 1、脈沖信號的產(chǎn)生 脈沖信號一般由單片 機或CPU產(chǎn)生，一般脈沖 信號的占空比為0.3-0.4左 右，電機轉速越高，占空 比則越大。 2、信號分配 應子式步進電機以二、四相電機為主，二相電機工作方式有二相四拍和二相八拍二種 。 3、功率放大 功率放大是驅動系統(tǒng)

8、最為重要的 部分。 步進電機一經(jīng)定型，其性 能取決于電機的驅動電源。步進 電機轉速越高，力距越大則要求 電機的電流越大，驅動電源的電 壓越高。電壓對力矩影響如右： 4、細分驅動器九、步進電機的選擇九、步進電機的選擇 步進電機有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進電機的型號便確定下來了。 1、步距角的選擇 2、靜力矩的選擇 3、電流的選擇 綜上所述選擇電機一 般應遵循以下步驟：步進電機實驗機理和特點 步進電機的結構 步進電機的工作方式 這種工作方式，因三相繞組中每次只有一相通電，這種工作方式，因三相繞組中每次只有一相通電，而且，一個循環(huán)周期共包括三個脈沖，所以

9、稱三相而且，一個循環(huán)周期共包括三個脈沖，所以稱三相單三拍。單三拍。三相單三拍的特點：三相單三拍的特點：（1）每來一個電脈沖，轉子轉過）每來一個電脈沖，轉子轉過 30 。此角稱為。此角稱為步距角，用步距角，用 S表示。表示。（2）轉子的旋轉方向取決于三相線圈通電的順序，）轉子的旋轉方向取決于三相線圈通電的順序，改變通電順序即可改變轉向。改變通電順序即可改變轉向。二、三相單雙六拍二、三相單雙六拍三相繞組的通電順序為：三相繞組的通電順序為： AABBBCCCAA 共六拍。共六拍。工作過程：工作過程：A相通電，相通電，轉子轉子1 1、3 3齒和齒和A相對齊。相對齊。CABBCA3412所以轉子轉到兩磁

10、拉力平衡的位置上。相對所以轉子轉到兩磁拉力平衡的位置上。相對AA 通電，轉子轉了通電，轉子轉了15。（1）BB 磁場對磁場對 2、4 齒有磁拉力，該拉力使齒有磁拉力，該拉力使 轉子順時針方向轉動。轉子順時針方向轉動。A、B相同時通電相同時通電（2）AA 磁場繼續(xù)對磁場繼續(xù)對1、3齒有拉力。齒有拉力。CABBCA3412總之，每個循環(huán)周期，有六種通電狀態(tài)，所以稱總之，每個循環(huán)周期，有六種通電狀態(tài)，所以稱為三相六拍，步距角為為三相六拍，步距角為15 。CABBCA3412B相通電，相通電，轉子轉子2、4齒和齒和B相對齊，又轉了相對齊，又轉了15 。三、三相雙三拍三、三相雙三拍三相繞組的通電順序為：

11、三相繞組的通電順序為： AB BC CA AB 共三拍。共三拍。AB通電通電CABBCA3412CABBCA3412BC通電通電以上三種工作方式，三相雙三拍和三相單雙六以上三種工作方式，三相雙三拍和三相單雙六拍較三相單三拍穩(wěn)定，因此較常采用。拍較三相單三拍穩(wěn)定，因此較常采用。工作方式為三相雙三工作方式為三相雙三拍時，每通入一個電拍時，每通入一個電脈沖，轉子也是轉脈沖，轉子也是轉30 ，即，即 S = 30 。CA通電通電CABBCA3412 本實驗采用單雙向六拍。 此外還有小步距步進電機，這里不做介紹。十、步進電機的應用十、步進電機的應用 1.步進電機主要用于一些有定位要求的場合。 例如：線切

12、割的工作臺拖動，植毛機工作臺（毛孔定位），包裝機（定長度）。一般涉及到定位的場合都用得到。 2.廣泛應用于ATM機、噴繪機、刻字機、寫真機、噴涂設備、醫(yī)療儀器及設備、計算機外設及海量存儲設備、精密儀器、工業(yè)控制系統(tǒng)、辦公自動化、機器人等領域。 3.步進電機在電腦繡花機等紡織機械設備中有著廣泛的應用， 本實驗采用GPIO的P0.0，P0.1，P0.2，P0.3對應的驅動（1-2相勵磁）如下： P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 對應值 相序 0 0 1 0 02 B 0 1 1 0 06 BC 0 1 0 0 04 C 1 1 0 0 0C CD 1 0 0 0 08 D 1 0 0 1 09 DA 0 0 0 1 01 A 0 0 1 1 03 AB 五，實驗電路圖主程序文件#include C