步進電機的驅(qū)動控制的應(yīng)用研究

電氣自動化論文編號:ZD392  論文字數(shù):32214,頁數(shù):66，有開題報告，任務(wù)書，文獻綜述

目  錄

文摘……………………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract………………………………………………………………………………………Ⅱ
第1章 緒論……………………………………………………………………………………1
1.1 課題背景…………………………………………………………………………………1
1.2 我國現(xiàn)狀…………………………………………………………………………………1
1.3 步進電機伺服系統(tǒng)概述…………………………………………………………………2
  1.3.1 步進電機的分類…………………………………………………………………2
  1.3.2 步進電機控制的方式………………………………………………………2
1.4 課題研究的內(nèi)容………………………………………………………………………4
1.5小結(jié)………………………………………………………………………………………4
第2章 步進電機的驅(qū)動電源…………………………………………………………5
 2.1 晶體管單電壓驅(qū)動電源……………………………………………………………5
 2.2 高低壓供電驅(qū)動電源………………………………………………………………5
 2.3 恒流斬波驅(qū)動電源…………………………………………………………………6
 2.4 步進電機細分驅(qū)動電源……………………………………………………………7
 2.5 步進電機的環(huán)形分配器……………………………………………………………8
 2.6 小結(jié)…………………………………………………………………………………9
第3章 步進電機驅(qū)動技術(shù)的理論分析……………………………………………10
 3.1 步進電機的數(shù)學(xué)模型………………………………………………………………10
 3.2 步進電機的矩角特性………………………………………………………………11
 3.2.1 步進電機的通電方式與其合成轉(zhuǎn)矩的關(guān)系………………………………………11
 3.2.2 通電方式與步距角的關(guān)系…………………………………………………………14
 3.3 步進電機的細分驅(qū)動技術(shù)…………………………………………………………14
 3.3.1 細分控制原理…………………………………………………………………15
 3.3.2 只有一相電流變化……………………………………………………………15
 3.3.3 兩相電流同時變化……………………………………………………………17
 3.4 細分驅(qū)動的實現(xiàn)……………………………………………………………………18
 3.5 步進電機的升降頻技術(shù)……………………………………………………………20
 
 3.6 步進電機動態(tài)性能仿真……………………………………………………………24
 
 3.6 仿真方法……………………………………………………………………………24
 3.7 小結(jié)…………………………………………………………………………………24
第4章 步進電機斬波驅(qū)動電源設(shè)計………………………………………………26
 4.1 概述…………………………………………………………………………………26
 4.2 斬波驅(qū)動器的功率驅(qū)動部分設(shè)計…………………………………………………26
 4.2.1 電壓隔離接口………………………………………………………………………27
 4.2.2 電路的恒流斬波驅(qū)動原理…………………………………………………………27
 4.2.3 續(xù)流回路………………………………………………………………………28
 4.2.4 保護電路………………………………………………………………………28
 4.2.5 主要參數(shù)的確定………………………………………………………………29
 4.2.6 性能分析………………………………………………………………………31
 4.3 斬波驅(qū)動器的環(huán)形分配器設(shè)計……………………………………………………31
  4.3.1 環(huán)形分配器的設(shè)計要求………………………………………………………32
   4.3.2 邏輯設(shè)計………………………………………………………………………33
  4.3.3  GAL編程……………………………………………………………………35
 4.4 微機系統(tǒng)的硬件設(shè)計………………………………………………………………36
 4.5 微機系統(tǒng)的軟件設(shè)計………………………………………………………………38
 4.5.1步進電機的升降頻控制………………………………………………………38
 4.5.2 系統(tǒng)監(jiān)控程序設(shè)計………………………………………………………………40
 4.6 小結(jié)……………………………………………………………………………………43
第5章 步進電機的細分驅(qū)動器設(shè)計…………………………………………………44
 5.1 電路整體設(shè)計…………………………………………………………………………45
 5.2 功率驅(qū)動部分設(shè)計……………………………………………………………………45
 5.2.1 電路工作原理………………………………………………………………………45
 5.2.2 主要參數(shù)的確定……………………………………………………………………47
 5.3 細分的環(huán)形分配器設(shè)計………………………………………………………………48
 5.3.1 細分的環(huán)形分配器設(shè)計要求………………………………………………………48
 5.3.2 環(huán)形分配器電路原理……………………………………………………………49
 5.4 細分驅(qū)動器的軟硬件設(shè)計……………………………………………………………50
 5.5 小結(jié)……………………………………………………………………………………50
第6章 本文工作總結(jié)……………………………………………………………………52
考文獻………………………………………………………………………………………53

致謝……………………………………………………………………………………………54
附錄 : 程序清單……………………………………………………………………………55

摘 要: 本文在系統(tǒng)分析了步進電機應(yīng)用和發(fā)展的基礎(chǔ)上，對步進電機的驅(qū)動技術(shù)作了詳盡的論述，建立了三相反應(yīng)式步進電動機的數(shù)學(xué)模型，并利用該模型對斬波驅(qū)動的步進電機繞組電流及空載運行的啟動頻率等進行了仿真，為步進電機驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計提供了依據(jù)。
 設(shè)計了一套包括控制器、環(huán)形分配器和功率放大器在內(nèi)的步進電機斬波驅(qū)動器，該驅(qū)動器包括比較完善的信號隔離及保護環(huán)節(jié)，特別是其環(huán)形分配器的設(shè)計，采用了新型的可編程邏輯器件GAL設(shè)計，使其具有靈活、可靠、體積小且實時性強的優(yōu)點．經(jīng)實驗驗證，該驅(qū)動器繞組電流上升速度快，關(guān)斷迅速，電流波形較好。整機運行性能較好，能滿足工件加工的速度及精度要求。
 設(shè)計了適合三相反應(yīng)式步進電動機的細分驅(qū)動器，在功率驅(qū)動中采用了大功率VMOS器件，在細分環(huán)形分配器設(shè)計中采用了兩片GAL，使整個電路具有較高的運行性能，開關(guān)迅速，功耗小，體積較小，可靠性較高。
 關(guān)鍵詞: 步進電機； 斬波驅(qū)動器 ；環(huán)形分配器 ；細分驅(qū)動器
  
 The Analyses and Applications
 of Driving and Controlling of the Step Motor
 Abstract：Based on the systematic analyses of the applications and developments of step motor ,  the driving technique of step motor are analyzed in this Paper, and upon these sta-
tements, a mathematical model of VR step motor is built. With this model , the coil current of step motor with chopping driver and the nonleaded starting frequency are simulated for the base of designing of designing of step motor servo system.
 A step motor chopping driver , including controller, circular distributor, power amplifier, signal separator and circuit breaker is developed .especially the designing of the circular distrib-
utor, the adopting of the new logical device GAL, which have many advantages of high flexibi-
lity and reliability. It is shown in experiment that it has a high rise speed of coil current and a good current waveform. Overall test shows that the driver has a high performance .
 A micro –stepping driver for VR step motor is designed. In power drive circuit , a kind of power transistor VMOS is adopted .In designing of the Micro-step circular distributor, two piece of GAL and EPROM are used .All the changes made the overall circuit has a higher running performance, fast switching time ,small power dissipation and volume.
 Keywords:  Stepper  Motor ；  Circular distributor
 Constant current chopping drive； Micro-stepping driver