步进电机细分驱动器的软件设计开题报告

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1、开题报告步进电机细分驱动器的软件设计1选题的背景、意义步进电机最早在1920年由英国人开发，50年代后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上。步进电动机的发展与计算机工业和数字控制技术密切相关，产品按结构划分有磁阻式、永磁式和混合型等多种形式[1]。步进电动机多用于数控车床和机器人系统中。在现代工业，特别是航空、航天、电子等领域中，要求完成的工作量大，任务复杂，精度高，利用人工操作不仅劳动强度大，生产效率低，且难以达到所要求的精度，还有一些工作环境是对人体健康有害的或人类无法到达的，这就需要数控机床和机器人来完成这些工作。另外，在计算机外设和办公室自动化设备中

2、也大量运用步进电机，如磁盘驱动、打印机、绘图仪和复印机等。步进电机作为数字式执行元件，具有成本低、易控制、定位方便和步距误差不长、期累计等优点，被广泛应用在数控装置、绘图机、机械手、印刷和包装设备等工业、军事和医疗自动化领域中。在多种步进电机中，混合式步进电机集反应式和永磁式步进电机的优点于一身，应用更加普遍。但是步进电机在应用中存在一些制约性的因素，步进电机及其系统表现出诸如低速平稳性差、高速快速响应能力差、效率低和能耗大等。步进电机多应用于开环控制的场合，对转子位置和角速度不做检测，较容易在运行过程中产生失步和振荡。另外，步进电机不能简单地直接接到普通的

3、交直流电源上运转，它需要专门的驱动控制器，步进电机和与之配套的驱动控制器密不可分，在电机本体选定的情况下，驱动控制器的好坏很大程度上影响着整个系统的运行性能。通过研制高性能的步进电机驱动控制器可以大大改善步进电机的运行性能，这对提高我国在这方面的科学技术水平起到了一定的促进作用，拓宽了步进电机的应用领域。因此，步进电机细分驱动的软件开发不仅有着重大的现实意义，而且具有极大的经济价值。2相关研究的最新成果及动态近年来，伴随着微电子技术大功率电力电子器件及驱动技术的进步，发达国家已普遍使用性能优越的混合式步进电机。驱动技术采用恒相电流与细分驱动相结合，使步进电机

4、在中、小功率控制系统内的精度提高，并逐步向高速大功率应用领域渗透．步进电动机最大的生产国是日本，如日本伺服公司、东方公司、SANYODENKI和MINEBEA及NPM公司等[2]细分驱动的典型应用有数控机床的四轴联动改造。由于现有的机床只能进行三轴联动，而在生产中需要在圆锥面上加工凸轮运动曲线槽，通过工艺分析需要四轴联动的加工中心才能实现。而现有立式加工中心只能实现x、y、z三轴联动，配置高精度四轴联动系统机床的价格超出现有机床数倍，为此通过对现有机床的改造，利用回转工作台实现第四轴，采用步进电机的细分技术实现高精度控制，可满足用户精度的要求。近年来，对于不

5、同类型和相数的步进电机采取不同的细分电流控制策略是研究的一大热点。如有关资料指出，对于两相双极型混合式步进电机，采用正余弦形的驱动电流较为理想，而对于反应式步进电机一般采用谐波较少的阶梯型驱动电流较为理想。细分驱动在喷膜机中也有应用，采用8052微处理机,具有8K字节的ROM,256字节的RAM。8位DA转换器AD7524通过锁存器与单片机的数据线相连,构成步进电机的脉冲信号发生器，用来驱动步进电机。我们采用软件的方法实现脉冲分配器。将电机四细分驱动脉冲数据存储在内存中。当电机逆时针方向运转时,自上而下走表索取控制量;当电机顺时针方向运转时,自下而上走表索取

6、控制量,这样就可以控制电机上的电流的大小。其中控制量的最高位是方向控制信号,低7位存储电机脉冲信号的大小[3]。3课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、研究难点及预期达到的目标步进电机的细分控制是由驱动器精确控制其相电流来实现的。以四相电机为例，假如电机的相电流为2A，使用常规驱动方式(如常用的恒六载波方式)驱动电机的话，电机每运行一步，其绕组内的电流将从0突然变为2A或由2A突然变为0，相电流的巨大变化必然会引起电机运行的振荡和噪声。如果使用细分驱动器，在10细分相状态下进行驱动，电机每走一微步，其绕组内的电流变化只有0.2A而不是2A，这样就大大

7、减少了电机的振荡和噪声,而提高步进电机的性能才是细分的真正优点。步进电机细分器是将驱动电流设计成可变的恒流源，通过控制绕组中的电流数值可以调整步进电机步距的大小，从而把原步距角细分成若干步来完成。即原来对应于一个电压脉冲，转子转动一步为,经10细分后则每走一步为。一般情况下,电机的定子若为m相绕组,如每次仅一相通电,那么一个循环电机转子转过一个齿距角，因此，步进电机的步距角，为：==360————(1)其中：m为定子的绕组数，Z为转子齿牙数。对同一台步进电机通过改变通电方式可以减小步距角，实现步进电机步距角的细分，这有利于实现控制系统的精确控制。但这种方法作

8、用有限，不能满足更高的精度要求。根据式(1)进一步减