两相混合式步进电机细分控制器的设计

发布时间：2017-03-30 23:17

  本文关键词：两相混合式步进电机细分控制器的设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：步进电机具有定位精度高、无累积误差、工作无电刷、启停反应速度快、开环控制性能好等优点,这使得步进电机在数字控制领域的使用已经越来越广泛。混合式步进电机自带体积小、低噪音、震动小的特点,已经成为步进电机中应用最为广泛的一种电机,因此对混合式步进电机控制器的研究已经成为当今电机行业的一个热门研究。针对两相混合式步进电机存在的一些不足,如在低频运行时振动和噪音大,在高频运行时转矩下降和带负载能力不足等,本文提出了一种基于交替续流模式的步进电机细分控制方法,并且完成了控制器的设计。本文对两相混合式步进电机的结构和工作原理进行了详细的分析和说明,并且对其磁链和电感进行了详细的分析与计算,推导并得到了两相混合式步进电机的数学模型,这是两相混合式步进电机细分控制的理论基础;对常见步进电机驱动器的组成模块进行了简要说明,分析了几种传统驱动方式的工作原理,并分别总结了它们各自优点与不足,并确定将恒流斩波驱动电路与H桥驱动电路使用在本设计中。本文在两相混合式步进电机数学模型的基础上对细分控制进行了数学推导,详细说明了电机4细分运行时的转矩、电流和转子的变化,并且详细说明SPWM控制的原理和实现方法;分析了续流电路在电机驱动中的作用,分析了常用的几种续流电路的工作原理与优缺点,结合常用的续流电路设计了快速续流与缓慢续流两种新的续流电路,并分析了它们各自工作的原理与特点,提出了快慢续流方式自调整的续流控制新思路,提出了交替续流控制新方法,并说明了交替续流控制的实现原理和方法。细分控制与续流控制是本设计的两个重点和难点。本文从硬件设计和软件设计两方面详细的说明了控制器的设计。硬件电路设计分别从PIC16F73控制电路、D A转换电路、PWM斩波恒流驱动电路、逻辑电路、功率驱动电路和电源电路这几部分进行分析。软件设计在结合硬件电路的基础上,分别从主程序设计和中断程序设计两方面进行分析,其中中断程序是实现步进电机细分和续流控制的关键部分。文章最后对系统实物进行了测试,分别对不同细分的单相电流波形进行了测试和分析。经实验测试分析,该设计能够有效的降低低频振荡和噪音,满足设计的要求。
【关键词】：两相混合式步进电机 细分控制 续流控制 交替续流
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM383.6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 步进电机控制器的研究背景与意义9-10
• 1.2 步进电机国内外研究现状及趋势10-12
• 1.3 步进电机控制方式12-14
• 1.4 论文主要工作及组织结构安排14-15
• 1.4.1 论文的主要工作14
• 1.4.2 论文组织结构安排14-15
• 1.5 本章小结15-16
• 第二章 两相混合式步进电机数学模型及其传统的驱动方式16-26
• 2.1 两相混合式步进电动机结构及工作原理16-18
• 2.2 两相混合式步进电磁原理和数学模型18-21
• 2.2.1 两相混合式步进电动机的磁链和电感18-19
• 2.2.2 两相混合式步进电机的数学模型19-21
• 2.3 步进电机的驱动21-25
• 2.3.1 步进电机驱动器的构成21
• 2.3.2 步进电机传统驱动方式21-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第三章 两相混合式步进电机细分驱动与续流控制26-38
• 3.1 两相混合式步进电机细分驱动26-28
• 3.2 SPWM控制28-32
• 3.2.1 PWM控制的基本原理28-29
• 3.2.2 SPWM原理和产生的方法29-32
• 3.3 步进电机常用续流方式32-35
• 3.4 两相混合式步进电机续流控制35-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第四章 系统设计与实验分析38-57
• 4.1 硬件设计38-49
• 4.1.1 步进电机控制系统硬件总体结构38-39
• 4.1.2 PIC16F73单片机及其外部电路39-44
• 4.1.3 D/A转换电路与PWM恒流斩波驱动电路44-46
• 4.1.4 逻辑电路与功率驱动电路46-48
• 4.1.5 电源电路48-49
• 4.2 软件设计49-53
• 4.2.1 系统主程序设计49-51
• 4.2.2 中断程序设计51-53
• 4.3 实验分析53-55
• 4.3.1 步进电机控制系统实物及其参数53-54
• 4.3.2 步进电机细分控制的电流波形图与分析54-55
• 4.4 本章小结55-57
• 第五章 总结与展望57-58
• 5.1 总结57
• 5.2 展望57-58
• 参考文献58-61
• 致谢61-62
• 攻读学位期间的研究成果62

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