浅谈步进电机综合控制系统设计思路

　　摘要：设计的步进电机综合控制系统采用ULN2003驱动芯片，简化了硬件电路设计，采用改变励磁方向控制步进电机方向控制， 采用改变脉冲频率控制步进电机速度控制，优化了控制算法，设计思路清晰。

　　关键词：步进电机,单片机,ULN2003,速度控制,方向控制

　　中图分类号：TM301.2 文献标志码：A 文章编号：1000-8772(2013)29-0000-02

　　步进电机是一种利用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的机电执行元件，每当输入一个电脉冲时，它便转过一个固定的角度，脉冲持续的输入，电机便不停转动，它是数字控制系统中常用的执行元件[1]。在非超载情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的[2]。

　　一、控制要求

　　利用单片机控制步进电机工作，按下正转按键后步进电机顺时针运转，按下反转按键后步进电机逆时针运转，每按一下加速按键步进电机速度加一级，每按一下减速按键步进电机速度减一级，已知步进电机共九级，系统上电后步进电机运行速度为五级。

　　二、控制方案

　　(一)硬件电路

　　根据控制要求，步进电机综合控制电路包括单片机最小系统、功能按键、驱动电路和步进电机四部分组成，其中单片机最小系统包括单片机、时钟电路和复位电路等，其系统框图如图1所示。

　　图1 步进电机综合控制系统框图

　　时钟电路由12MHz晶振和两个30pf电容组成，复位电路由10K电阻、复位按键和10uf电解电容组成;功能按键包括正转、反转、加速、减速四个按键;驱动电路由ULN2003组成。步进电机电路如图2所示。

　　(二)控制原理

　　如果要控制步进电机进行正确的定位和控制，必须按照一定的顺序对各相线圈进行图2 步进电机电路

　　励磁。四相步进电机有四相绕组，分别为A、B、C、D，可采用单—双相励磁方式，即每种状态一相励磁和双相励磁交替进行。四相步进电机各相循环励磁，只要改变励磁顺序，就可以改变步进电机旋转方向。 步进电机双相4拍励磁输入脉冲顺序如下：

　　正转：(A、B)→(B、C)→(C、D)→(D、A)→(A、B)

　　反转：(D、A)→(C、D)→(B、C)→(A、B)→(D、A)

　　步进电机的速度取决于脉冲频率、转子齿数和拍数，其角速度与频率成正比，因而在转子齿数和拍数一定的情况下，只要控制脉冲频率即可获得所需速度。步进电机的负载转矩与速度成反比，速度越快负载转矩越小，当速度快至其极限时，步进电机即不再运转，所以步进电机每走一步后，程序必须延时一段时间。每输入一个脉冲信号，步进电机只走一步，若步进电机旋转一圈需60个脉冲，则每走一步旋转6°。

　　(三)流程图

　　步进电机综合控制程序包括主程序和中断程序两部分，主程序流程图如图3所示，中断程序流程图如图4所示。

　　参考文献

　　[1] 王海波;吴晓光;李沛;余祎琴..基于AT89S52单片机步进电机控制系统设计[J].机电产品开发与创新,2009(22)：161-162.

　　[2] 曾远藩;祝连庆;那云虓;常海涛. 基于DSP的步进电机加减速控制系统设计.工具技术,2013(1)：39-40.

期刊VIP网，您身边的高端学术顾问

文章名称： 浅谈步进电机综合控制系统设计思路

文章地址： http://www.qikanvip.com/jiaoyuxue/14430.html