步进电机运动控制系统毕业设计

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1、论文摘要:步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情 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， 即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只 有周期性的误差而无累积误差等特点。 使得在速度、 位置等控制领域用步进电机来控制变的 非常的简单。步进电机的调速一般是改变输入步进电机的脉冲的频率来实现步进电机的调 速， 因为步进电机每给一个脉冲就转动一个固定的角度， 这样就可以通过控制步进电机的一 个脉冲到下一个脉冲的时间间隔来改变脉冲的频率， 延时的长短来具体控制步进角来改变电 机的转速，

2、从而实现步进电机的调速。在本设计方案中采用 AT89C51 型单片机内部的定时 器改变 CP 脉冲的频率从而实现对步进电机的转速进行控制，实现电机调速与正反转的功 能。 设计时考虑到 CPU 在执行指令时可能受到干扰的冲击,导致程序跑飞或者 进入死循环,因此,设计了看门狗电路,使用的是 MAXIM 公司生产的微处理系统 监控集成芯片 MAXI813。 本文还详细地给出了相关的硬件框图和软件流程图， 并编制了该汇编语言程 序。 前 言 步进电机最早是在 1920 年由英国人所开发。1950 年后期晶体管的发明也 逐渐应用在步进电机上， 这对于数字化的控制变得更为容易。 以后经过不断改良， 使得今

3、日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解性能、高响应性、信赖 性等灵活控制性高的机械系统中。在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的 机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精 确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。 步进电机作为执行元 件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微 电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都 有应用。 步进电机是将电脉冲信号变换成角位移或直线位移的执行部件。 步进电机可 以直接用数字信号驱动，使用非常方便。一般电动机都是连续转动的，而步进电 动机则有定位和运转

4、两种基本状态，当有脉冲输入时步进电动机一步一步地转 动，每给它一个脉冲信号，它就转过一定的角度。步进电动机的角位移量和输入 脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步，因此只要控制输入脉冲的数 量、频率及电动机绕组通电的相序，便可获得所需的转角、转速及转动方向。在 没有脉冲输入时， 在绕组电源的激励下气隙磁场能使转子保持原有位置处于定位 状态。因此非常适合于单片机控制。步进电机还具有快速启动、精确步进和定位 等特点，因而在数控机床，绘图仪，打印机以及光学仪器中得到广泛的应用。步 进电动机已成为除直流电动机和交流电动机以外的第三类电动机。 传统电动机作 为机电能量转换装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。 步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为 100%) 的特点，广泛应用于各种开环控制。 现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机 （PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。永磁式步进电机一般为 两相，转矩和体积较小，步进角一般为 7.5 度 或 15 度；反应式步进电机一般为 三相，可实现大转矩输出