步進電機實現的多軸運動控制系統

電子機電論文編號:JD521 論文字數:23920,頁數:53   51單片機,程序:C語言

目    錄

1 概論  1
1.1運動控制概念的提出 1
1.2 運動控制系統的發展歷程  1
1.2.1 直流和交流的運動控制系統  1
1.2.2 開環和閉環運動控制系統 1
1.2.3基于網絡的運動控制系統  2
1.3 運動控制器的現狀與發展趨勢 2
1.4 本論文研究意義及主要任務 4
2 運動控制系統總體方案設計 5
2.1 步進電機及其選型  5
2.1.1 步進電機的特點 5
2.1.2步進電動機分類   5
2.1.3步進電機選型   5
2.1.4步進電機的驅動方法   6
2.1.5 步進電機運用中的注意點  7
2.2 步進電機的控制及軟件設計  8
2.2.1 步進電機的點位控制  8
2.2.2 步進電機加減速控制  8
2.2.3 提高系統精度措施  9
2.3  步進電機的控制方案比較  10
2.3.1 基于C IPH9803芯片的步進電機控制  10
2.3.2 步進電機PLC的直接控制   10
2.3.3 步進電機計算機控制  11
2.3.4 用數字I/O卡實現步進電機控制   12
2.4 本控制系統步進電機及控制器選擇   12
3 實現XY平臺的運動控制系統硬件設計   13
3.1 運動控制系統的控制方案  14
3.2 控制系統硬件設計  14
3.2.1 cpu模塊  14
3.2.2輸入/ 輸出模塊硬件設計  14
3.2.3 PC機與單片機通訊硬件設計   16
3.2.4 步進電機驅動電路設計以及常用模擬驅動電路介紹  18
4  XY運動控制系統軟件開發    24
4.1 上位機軟件的開發  24
VB開發簡介  24
上位機程序    24
4.1.3 MSCOMM及PC機同51單片機的通信流程  26
4.2 下位機軟件的開發   29
4.2.1下位機主程序流程圖   30
4.2.2通信模塊流程圖及部分子程序   31
4.2.3鍵盤掃描模塊流程圖及部分子程序   32
4.2.4插補算法及部分子程序   32
4.2.5步進電機正反轉模塊   37
控制系統的改進意見及結論   40
致謝    41
參考文獻     42
附錄（程序及原理圖）   43

摘   要

電機及其控制在國民經濟中起著重要的作用。隨著現代科學技術的進步，特別是電力電子技術，微機應用和自動控制理論的進展，電機控制有了長足的發展。
本論文在分析了國內外多種類型的運動控制器的基礎上，設計并制作了一種以MCS-51為核心器件的步進電機多軸運動控制系統。提出了一種主從式的控制模式，即基于Windows操作系統的臺式機作為上位機，完成軌跡規劃，數據存儲和傳輸，用單片機最小系統實現軌跡插補的實時控制。論文以XY運動控制平臺作為該控制器的應用實例,著重分析了步進電機單片機控制軟硬件設計原理和方法；實現了上位計算機與單片機的正確通訊；用VB編制了上位機的可視化界面。而且采用內部時鐘方式產生步進電機的驅動脈沖，而沒有采用高脈沖發生器等外部方式，用軟件來實現，從而降低硬件成本。上位機可以用直線和圓弧兩種基本的軌跡規劃出其他復雜的軌跡，下位機則主要采用直線和圓弧插補算法進行運動控制。此外，該控制器具有步進控制功能以外，還具有限位，復位等功能。通過該控制系統的設計，可以使我們了解多軸運動控制的基本原理。
關鍵字：運動控制;步進電機;多軸控制系統;插補算法;51單片機;VB;
         上位機與單片機的通訊

  本課題的主要研究任務為：
(1)運動控制器的硬件設計。包括單片機模塊、通訊模塊、獨立式開關處理模塊、二相步進電機驅動模塊以及系統的抗干擾設計等。
(2)運動控制器的軟件設計。包括下位機程序模塊，上位機程序模塊。
(3)該控制系統的調試運行。
該控制系統的應用范圍十分廣泛，在使用步進電機和數字式伺服電機的運動控制方案中，都可以使用它作為核心控制單元，典型的應用領域包括:
(1)數控機床、加工中心、X-Y-Z控制臺、機器人;
(2)繪圖儀、雕刻機、印刷機械、包裝機械、紡織機械、繞線機;
(3)送料裝置;
(4)醫療設備等。