直流步进电机控制系统设计综述【文献综述】

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1、毕业论文文献综述电子信息工程直流步进电机控制系统设计综述摘要：本文是对基于PROTEUS下的直流步进电机控制系统进行综述，叙述直流步进电机控制系统设计的原理；描述PROTEUS的设计与仿真，直流步进电机的驱动、控制、性能及其特点。关键词：步进电机控制系统PROTEUS1步进电机步进电机是将数字脉冲输入转换为模拟角度输出的电磁增量运动装置[1]。步进电机又称脉冲电动机，是数字控制的一种执行元件．它是随着计算机控制系统发展而发展起来的，利用电脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转换成相应的角位移或者线位移的

2、电动机[2]。由于受脉冲的控制，其转子的角位移量和速度严格地与输入脉冲的数量和脉冲频率成正比。改变通电顺序可改变步进电动机的旋转方向；改变通电频率可改变步进电动机的转速[3]。2步进电机的特点步进电机的特点概括起来有以下几点[4]：(1)步进电动机的输出转角与输入的脉冲个数成严格的比例关系，无累积误差，控制输入步进电动机的脉冲个数就能控制位移量。(2)步进电动机的转速与输入脉冲频率成正比，通过控制脉冲频率可以在很宽的范围内调节步进电动机的转速。(3)当停止送入脉冲时，只要维持绕组内电流不变，电动机

3、轴可以保持在某固定位置上，不需要机械制动装置。(4)改变绕组的通电顺序即可改变电动机的转向。(5)步进电动机存在齿间相邻误差，但是不会产生累积误差。3步进电机的分类步进电机在使用中三个主要的电机结构是：永久磁铁式，可变磁阻式和混合式[5]。永磁式步进电机　　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；可变式步进电机　　可变式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。可变式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁

4、导的变化产生转矩。混合式步进电机　　混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。4步进电机的速度脉冲频率、转子齿数和拍数决定了步进电机的转速。步进电机的角速度与脉冲频率成正比，并且在时间上与脉冲同步。因而在转子齿数和运行拍数一定的情况下，只要控制脉冲频率即可获得所需速度。然后逐步增加脉冲频率直到所希望的速度，所选择的变化速率要保证电机不发生失步，并尽量缩短启动加速时间。为了保证电机的定位精度，在

5、停止以前必须使电机从最高速度逐步减小脉冲率降到能够停止的速度(等于或稍大干启动速度)[6]。5直流步进电机的控制方法步进电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[7]。5.1控制原理在PWM技术中，功率器件工作在开关饱和导通状态，通过改变功率器件的驱动脉冲信号的开通与关断的时间，来改变加在负载两端的平均电压的大小。当负载为直流电动机时，也就实现了电动机的调压调速控制[8]。5.2速度

6、控制方法在步进电机控制软件中必须解决的一个重要问题就是产生一个周期性脉冲序列。对步进电机施加一个电脉冲信号时，它就旋转一个固定的角度，称为一步，每一步所转过的角度，叫做步距角。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[9]。5.3方向的控制所谓步进电机的方向控制，实际上就是按照某一控制方式(根据需要进行选定)所规定的顺序发送脉冲序列，即可达到控制步进电机方向的目的[10]。6仿真软件Proteus介绍Pro

7、teus软件是来自英国Labcenterelectronics公司的EDA工具软件，组合了高级原理布图、混合模式SPICE仿真，PCB设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计统[11]。Proteus与其他单片机仿真软件不同的是，它不仅能仿真单片机CPU的工作情况，也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与电路的工作情况。因此在仿真和程序调试时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变，而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。这样就弥补了实验和工程应用间脱节的矛盾和现象。

8、Proteus软件提供了大量的仿真设备和元器件，比如有30多个元件库，以及数千种数字和模拟元件，还包括各种单片机、常用逻辑电路，还有各种调试工具，如各种测试仪器：示波器、逻辑分析仪、串口终端、信号发生器等。各种显示设备，如模拟仪表、数字仪表、噪声与失真信号显示器等，各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等，还有各种调试信号直流、交流、脉冲及各种变化信号[12]。7仿真分析步骤7.1虚拟实验电路的建立在proteus的原理图设计窗口中，放置单片机及所需的外围元件，设置各元件参