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高精度两相混合式步进电动机驱动控制系统

作　者: 乔璐
导　师: 刘景林
学　校: 西北工业大学
专　业: 电机与电器
关键词: 2相混合式步进电动机非线性动态模型单片机细分控制
分类号: TM383.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 648次
引　用: 9次
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内容摘要

本文源于稀土永磁电机及其控制技术研究所承担的基础研究之一。论文在了解步进电动机的特点及工作原理的基础上,重点研究了步进电动机的驱动控制技术。本文分析了两相混合式步进电动机的结构和工作原理,建立了两相混合式步进电机非线性动态模型,给出了绕组的磁链方程、旋转电压方程、转子运动方程和传递函数的表达式。根据两相混合式步进电动机的驱动控制特点,本文采用基于电流矢量恒幅均匀旋转的细分控制技术,对步进电动机的励磁绕组中电流进行控制,使步进电动机内部的合成磁场为均匀的圆形旋转磁场。合成磁场矢量的幅值决定了步进电动机旋转力矩的大小,相邻两合成磁场矢量的夹角大小决定了步距角的大小。通过细分模型分析和建立,合理控制电机绕组中的电流保证步进电动机内部合成磁场的幅值恒定,合成磁场的角度均匀,并在此基础上设计了一种两相混合式步进电动机驱动器。该驱动器以单片机AT89C51为控制核心,选用DAC0832、H桥驱动器件等构成驱动电路,论文从驱动器技术方案、硬件电路、控制软件设计方面进行了详细地论述。在反馈放大电路设计时,采用数字电位器X9C503与外部按键配合,达到了A、B两相电路的对称性。采用电流矢量恒幅均匀旋转的细分控制技术使电机平稳运行,提高了运行精度,输出转矩在一定转速范围内恒定,且细分选择数目多,只要改变存储器内电流波形的值,就可以实现1～256范围内任意细分数。最后对所设计的两相混合式步进电动机驱动器进行了全面的性能测试。测试结果表明:该驱动器达到了系统设计前所提出的各项设计指标。系统运行安全、可靠、稳定。整个系统电路简单实用、性能优良、通用性强。设计原则适用于各种步进电动机,有一定的实用价值。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章绪论  9-15
  1.1 课题研究背景及主要内容  9-12
    1.1.1 课题研究背景  9-11
    1.1.2 课题研究主要内容及其意义  11-12
  1.2 完成的主要研究工作  12-13
    1.2.1 系统总体方案论证与设计  12
    1.2.2 系统硬件电路设计  12-13
    1.2.3 系统控制软件设计与软硬件联调  13
  1.3 课题难点与关键技术  13-15
第2章混合式步进电动机工作原理及其动态方程  15-26
  2.1 步进电动机分类及特点  15-16
    2.2.1 步进电动机分类  15-16
    1.2.2 性能比较  16
  2.1 混合式步进电动机结构及其工组原理  16-18
    2.1.1 混合式步进电动机结构  16-17
    2.1.2 混合式步进电动机工作原理  17-18
  2.2 混合式步进电机的动态方程  18-26
第3章步进电动机驱动控制技术  26-37
  3.1 步进电动机驱动概述  26-28
    3.1.1 驱动系统的组成  26-27
    3.1.2 驱动器的特点  27-28
  3.2 步进电动机驱动技术  28-31
    3.2.1 单电压驱动  28-29
    3.2.2 双电压驱动  29-30
    3.2.3 斩波恒流驱动  30-31
  3.3 步进电动机细分原理  31-37
    3.3.1 细分驱动原理  31-33
    3.3.2 细分驱动特点  33
    3.2.2 混合式步进电动机细分数学模型  33-37
第4章步进电动机驱动控制系统设计  37-58
  4.1 系统总统概述  37-39
  4.2 系统硬件设计  39-52
    4.2.1 单片机主控制单元  39-42
    4.2.2 D/A转换电路  42-43
    4.2.3 PWM产生及逻辑综合分配电路  43-45
    4.2.4 过流保护电路  45-46
    4.2.5 反馈电路  46-47
    4.2.6 功率驱动电路  47-50
    4.2.7 主功率电路  50-51
    4.2.6 系统供电电源  51-52
  4.3 系统软件设计  52-55
    4.3.1 软件设计的基本原则  52-53
    4.3.2 主程序设计  53
    4.3.2 中断服务程序  53-55
  4.4 印刷电路板设计  55-58
第5章系统性能测试  58-63
  5.1 概述  58-59
  5.2 系统性能测试  59-62
  5.3 试验结论  62-63
第6章总结与展望  63-67
  6.1 主要研究内容及成果  63-64
  6.2 论文创新点  64-65
  6.3 系统存在的问题及改进措施  65
  6.4 后续工作展望  65-67
参考文献  67-70
在研究生期间发表的论文  70-71
致谢  71-72
西北工业大学学位论文知识产权声明书  72
西北工业大学学位论文原创性声明  72

高精度两相混合式步进电动机驱动控制系统

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