基于单片机的步进电机细分驱动系统的研究

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1、中南大学硕士学位论文基于单片机的步进电机细分驱动系统的研究姓名：王晓丹申请学位级别：硕士专业：控制科学与工程指导教师：周国荣20080520摘要混合式步进电机的运行品质既与电机的本体性能有关，也与驱动器和控制器的性能有关。在开环控制下，步进电机的运行噪声大，控制精度低，无法满足很多场合下较高运行品质的要求，因此实现步进电机的闭环控制可以较大地改善步进电机的系统性能。课题的主要研究目的是设计一款新型的基于单片机的步进电机细分驱动系统，实现对步进电机的闭环控制。本文作者在深入研究步进电机的结构、运行机理和细分

2、驱动原理的基础上，提出了一种基于正弦电流细分和电流追踪型脉宽调f1]iJ(PWM)的细分驱动技术，实现了电机的恒转矩运行，提高了运行精度。考虑到步进电机非线性的影响，对将最小二乘法应用于拟合细分步距角误差曲线，以达到修正系统非线性的方法进行了探讨。在控制策略方面，通过研究两相混合式步进电机的数学模型，构建了步进电机转速闭环控制系统的结构；速度控制器采用模糊自整定PI控制算法。为验证其可行性，建立了驱动系统的仿真模型，对模糊自整定PI控制策略与常规PI控制策略进行了对比仿真分析。在以上研究的基础，以满足两相

3、混合式步进电机的动态运行特性为出发点，设计了驱动控制器的硬件和软件。驱动控制器主要分为数字控制部分、GAL片逻辑综合信号处理单元、TIA94恒流控制电路，驱动功放电路、电流反馈电路、速度检测电路、过流保护电路及系统供电电源模块等。采用单片机DS89C450为控制核心，实现恒流控制：正反转运行、过流保护以及多档位细分等功能。速度检测电路采用增量式光电编码器作为反馈元件，反馈电机转子的实际转速信息，实现闭环控制策略，从而获得优良控制效果。’该驱动控制器已完成制作并进行了联调测试，给出了测试结果并对所测波形进行

4、了分析。实验结果表明，系统硬件和软件设计合理可行，各项技术指标均达到了设计要求，明显地改善步进电机的运行性能，具有一定的实用价值。关键词混合式步进电机；细分驱动；非线性；闭环控制；模糊自整定PI控制ABSTRACTquali够inmanysituations。SotheperformanceisimproVedinst印plngmotoroperationthI．ou咖realizingtheclosed—loopoperationofsteppingmot叽lnemainintentionofthere

5、searchinthispaperistodevelopst印pmgmotorsubdivisionsystembasedonmicrocontroller,whichtealizestheclosed-loopoperationofsteppingmotor．．ondeepres二archofthestructure，runningmechanismofthe或epPmgmotorandsubdivideddrivingprinciple，thepaper’sauthorpresentstheslnew

6、avecurrentsubdividingandcurrenttmcbngPWMtechnology,whlchreallzestheconstanttorqueoperationofsteppingmotorandimproVestherunnlngprecision．Consideringthenonlinearofsteppingmotor'theauthordlscussesthatthemethodofminimumsquareisadoptedtofitandco仃ectthee仃orcuⅣe

7、Asforcontr01method，byanalyzingthemathematicsmodelso士。似O-phasehybridst印pingmotor，thestructureofthesteppingmotor’sVelocltyclosed-loopcontr01isconstructed．ThefuzzyPIcontrolmethodisused1nthespeedloop．Tovalidateitsfeasibility,theauthorestabilishestheslmulatlon

8、modelof缸vingsystem，anddoesthesimulationresearchcontrastlVelyonthe如zzyPIcontrolmethodandgeneralPIcontr01memod．，Basedontheaboverese砌l，theauthordesignsthehardwareandso脚areofdrivingcontroller,inordertomeettherequirement