步進電機調(diào)速

1、摘 要本文介紹的是在DICE-AT2型自控原理實驗箱上，通過編寫匯編語言實現(xiàn)對步進電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)以及正轉(zhuǎn)停止反轉(zhuǎn)的控制。在試驗箱上將電路搭好，打開軟件，輸入程序，將宏匯編程序經(jīng)過匯編，連接后形成.EXE文件裝入系統(tǒng)，運行程序觀察電機轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向的變化。程序運行后電機的變化跟預(yù)期相符，各項步驟運行正常。步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。步進電機作為執(zhí)行元件，是機電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，步進電機的需求量與日俱增，在各個國民經(jīng)濟領(lǐng)域都有應(yīng)用。關(guān)鍵詞：步進電機；匯編編程；8088cpu；計算機控制Abstrac

2、tIs introduced in this paper on the DICE - AT2 control principle experiment box, by writing assembly language implementation of the stepping motor speed regulation and control forward, stop, reverse.In test chamber, general layout is good, open software, input program, the macro assembler after asse

3、mbly, connection formation. EXE file into the system, run the program to observe the changes of motor speed and steering.Program is running after the change of the motor with expectations, the various steps to run normally.Stepper motor is the electrical pulse signal into angular displacement or lin

4、ear displacement of open loop control stepping motor. Stepper motor as the executive element, it is one of the key products of electromechanical integration, widely used in all kinds of automation control system. With the development of microelectronics and computer technology, step ?Key words: Step

5、ping motor; Assembler programming; 8088 CPU; The computer control一 緒論11.1 背景11.1.1 步進電機的工作原理11.2 設(shè)計任務(wù)3二 系統(tǒng)分析32.1 對設(shè)計任務(wù)的分析32.2 對被控對象的分析3三 設(shè)計方案53.1 實驗步驟5四 硬件調(diào)試5五 結(jié)果分析及心得體會6參考文獻8附錄9程序清單9一 緒論1.1 背景步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)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，當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定

6、的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。 雖然步進電機已被廣泛地應(yīng)用，但步進電機并不能象普通的直流電機，交流電機在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進電機卻非易事，它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業(yè)知識。 1.1.1 步進電機的工作原理簡單的講，步進電機驅(qū)動器根據(jù)外來的脈沖，通過其內(nèi)部的邏輯電路控制步進電機的繞組按一定的次序正反通電，從而實現(xiàn)其運轉(zhuǎn)。以兩相1.8度步進

7、電機為例，其主要分為4線（雙極性），6線（單極性）兩種方式。 脈沖信號一般由CPU或單片機產(chǎn)生的，一般脈沖信號的比例為0.3-0.4左右，電機轉(zhuǎn)速越高，比例則越大。 以四相步進電機為例，四相電機工作方式有二種，四相四步為AB-BC-CD-DA；四相八步為AB-B-BC-C-CD-D-AB。 如圖為四相(實際為2相）式步進電機的基本構(gòu)造圖。中間轉(zhuǎn)子由永久磁鐵所構(gòu)成，左邊為N極，另一邊為S極。定子有四組線圈，分別為L1、L2、L3及L4，各線圈的C端共接電源正極，另一端經(jīng)由開關(guān)接在電源的負極。 圖1 四相式步進電機基本構(gòu)造圖步進電機為一四相步進電機，采用單極性直流電源供電。只要對步進電機的各相繞組

8、按合適的時序通電，就能使步進電機步進轉(zhuǎn)動。下圖是該四相反應(yīng)式步進電機工作原理示意圖。 圖2 四相步進電機步進示意圖開始時，開關(guān)SB接通電源，SA、SC、SD斷開，B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號齒對 齊，同時，轉(zhuǎn)子的1、4號齒就和C、D相繞組磁極產(chǎn)生錯齒，2、5號齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。 當(dāng)開關(guān)SC接通電源，SB、SA、SD斷開時，由于C相繞組的磁力線和1、4號齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，1、4號齒和C相繞組的磁極對齊。而0、3號齒和A、B相繞組產(chǎn)生錯齒，2、5號齒就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。依次類推，A、B、C、D四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會沿著A、B、C、D方向轉(zhuǎn)動。 四相步進電機按照通

9、電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動力矩又可以提高控制精度。 單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時序與波形分別如下圖.a、b、c所示：a. 單四拍 b. 雙四拍 c八拍圖3 電源通電時序與波形1.2 設(shè)計任務(wù)利用實驗箱上步進電機完成以下設(shè)計任務(wù)。設(shè)計任務(wù)：（1）實現(xiàn)步進電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)；（2）實現(xiàn)步進電機正反轉(zhuǎn)改切換：正轉(zhuǎn)停止反轉(zhuǎn)。二 系統(tǒng)分析2.1 對設(shè)計任務(wù)的分析根據(jù)對DICE-AT2型試驗箱的了解，8255cpu連同驅(qū)動可以帶動步進電機的

10、轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)可以通過編寫延時程序來實現(xiàn)，這個課題的電路圖設(shè)計及接線并不難，但在程序修改方面還是存在一定的難度，需要熟悉匯編語言的編程，其次需要有一定的專研精神。2.2 對被控對象的分析電機的位置和速度由導(dǎo)電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一對應(yīng)關(guān)系。而方向由導(dǎo)電順序決定。 電機定子上有m相勵磁繞阻，其軸線分別與轉(zhuǎn)子齒軸線偏移1/m,2/m(m-1)/m,1。并且導(dǎo)電按一定的相序電機就能正反轉(zhuǎn)被控制這是步進電機旋轉(zhuǎn)的物理條件。只要符合這一條件我們理論上可以制造任何相的步進電機，出于成本等多方面考慮，市場上一般以二、三、四、五相為多。拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示，或指電機轉(zhuǎn)過

11、一個齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機為例，有四相拍運行方式即AB-BC-CD-DA-AB,四相八拍運動方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。注：2相勵磁通過的電流是1相勵磁時通過電流的2倍，轉(zhuǎn)矩也是1相勵磁的2倍。此時電機的振動較小且應(yīng)答頻率升高，目前仍廣泛使用此種方式。四相拍如下（1相激磁）：圖4 四相拍（1相激磁）四相拍如下（2相激磁）：圖5 四相拍（2相激磁）四相八拍如下（1-2相激磁）：圖6 四相八拍（1-2相激磁）三 設(shè)計方案本實驗使及AD35-02M型，四項八拍電機，電壓為DC12V，其勵磁線圈及勵磁順序如3.1 實驗步驟（1）按圖接線：（2）輸入程序，將宏匯編程序經(jīng)過匯編

12、，連接后形成.EXE文件裝入系統(tǒng)，也可直接從安裝目錄中調(diào)用EXP3.EXE文件。（3）運行程序觀察電機轉(zhuǎn)速，改變步間延時，再觀察電機轉(zhuǎn)速變化。四 硬件調(diào)試按照下圖連接好線路：圖7 實驗線路（1） 軟件操作：輸入程序編譯鏈接打開調(diào)試窗口載入程序運行程序（輸入G=0000：2000）（2）觀察步進電機的變化。（3）根據(jù)課程設(shè)計要求修改匯編程序。 調(diào)速的實現(xiàn)：通過調(diào)用延時程序，使得步間延時變長，達到調(diào)速的效果。延時程序如下：DALLY:PUSHCX MOV CX,50H ; 轉(zhuǎn)速 A3:PUSHAXPOPAXLOOPA3POPCXRET 停止的實現(xiàn)：通過調(diào)用幾個延時程序，實際上此時步進電機還在運動，

13、只是太過緩慢，肉眼無法識別。A1_r1: ; 停CALL DALLY2CALL DALLY2CALL DALLY2CALL DALLY2CALL DALLY2CALLA1_r五 結(jié)果分析及心得體會 通過修改修改程序，讓步進電機實現(xiàn)正轉(zhuǎn)（慢）正轉(zhuǎn)（快）反轉(zhuǎn)（慢）正轉(zhuǎn)（快）停反轉(zhuǎn)（快），實驗結(jié)果運行正常，步進電機在完成所有的變化后保持反轉(zhuǎn)狀態(tài)，直至按下停止指令。最初開始對步進電機的控制等方面可以說是一片空白。但是后來經(jīng)過慢慢的查找資料，分析資料和實驗調(diào)試最終還是成功了。另外就是實驗過程中，難免會出現(xiàn)一些問題，比如說程序編譯失敗、電機不轉(zhuǎn)等，遇到問題并不可怕，可怕的是不著手去解決問題。我仔細分析各個

14、模塊，不斷測試發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)終于將系統(tǒng)運行流暢了。這兩周我不僅學(xué)到了相關(guān)專業(yè)知識，更學(xué)到了很多調(diào)試程序的經(jīng)驗和方法。我們的學(xué)習(xí)不但要立足于書本，以解決理論和實際教學(xué)中的實際問題為目的，還要以實踐相結(jié)合，理論問題即實踐課題，解決問題即課程研究，學(xué)生自己就是一個專家，通過自己的手來解決問題比用腦子解決問題更加深刻。學(xué)習(xí)就應(yīng)該采取理論與實踐結(jié)合的方式，理論的問題，也就是實踐性的課題。這種做法既有助于完成理論知識的鞏固，又有助于帶動實踐，解決實際問題，加強我們的動手能力和解決問題的能力。相信這次的成功會給增強我們以后做事的信心。參考文獻1王宗培.步進電動機及其控制系統(tǒng)M.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社

15、，20092陳理壁.步進電機及其應(yīng)用M.上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，20093劉寶延、 程樹康，步進電動機及其驅(qū)動控制系統(tǒng) M .2007年11月第一版：134-1674史敬灼， 步進電動機伺服控制技術(shù)M .2007年3月第2版：23-355孫笑輝,韓曾晉. 減少感應(yīng)電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩脈動的方法J. 電氣傳動, 2011 (1) : 8-11.附錄程序清單STACK SEGMENT STACK DW 256 DUP(?)STACK ENDSDATA SEGMENTTABLE DB 01H,03H,02H,06H,04H,0CH,08H,09H ;Step of motorTABLE2 D

16、B 09H,08H,0CH,04H,06H,02H,03H,01H ;Step of motorDATA ENDSCODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATASTART: MOV AX,DATA MOV DS,AXMAIN: MOV AL,80H ;Initiate 8255 B(OUT)OUT 63H,ALMOVDX, 0A1: ;正 慢MOV BX,OFFSET TABLE MOV CX,0008H ;Number of step JMP A2A2:MOVAL,BX ;8255 outOUT61H,ALCALLDALLY_s ;Dally time INCBX I

17、NCDXCMP DX, 300HJEA1_sLOOPA2JMPA1A1_s: ;正 快MOV BX,OFFSET TABLE MOV CX,0008H ;Number of step JMP A2_sA2_s:MOVAL,BX ;8255 outOUT61H,ALCALLDALLY ;Dally time INCBX INCDXCMP DX, 1500HJEA1_srLOOPA2_sJMPA1_sA1_sr: ;反 慢MOV BX,OFFSET TABLE2 MOV CX,0008H ;Number of step JMP A2_srA2_sr:MOVAL,BX ;8255 outOUT61H

18、,ALCALLDALLY_s ;Dally time INCBX INCDXCMP DX, 1500HJEA1_fLOOPA2_srJMPA1_srA1_f: ;正 快MOV BX,OFFSET TABLE MOV CX,0008H ;Number of step JMP A2_fA2_f:MOVAL,BX ;8255 outOUT61H,ALCALLDALLY ;Dally time INCBX INCDXCMP DX, 2000HJEA1_r1LOOPA2_fJMPA1_fA1_r1: ; 停CALL DALLY2CALL DALLY2CALL DALLY2CALL DALLY2CALL DALLY2CALLA1_rA1_r:;反MOV BX,OFFSET TABLE2 MOV CX,0008H ;Number of step JMP A2_rA2_r:M