步进电机自动化控制系统设计的生化分析仪

1、步进电机自动化控制系统设计的生化分析仪汪许黄开征许斌东北大学，辽宁110004中国摘要：自动生化分析仪是一个必要的临床诊断仪器。在本文中，提出一项基于FPGA（现场可编程门阵列）全自动生化的分析仪集中控制系统的新计划。作为全自动生化分析仪一个重要组成部分，电机控制系统的关键部件之一。基于步进电机的应用问题，如在低频率的激增，在高频的低扭矩率和坏频率特性，提出了一种基于FPGA不断流动斩波细分驱动的实用方法。该方案解决了振荡步进电机，提高了生化分析仪控制系统。关键词：全自动生化分析仪;步进电机; 细分驱动; FPGA。1简介作为21世纪一个新的科研领域，生化分析仪器开发和应用是高科技部门医疗部门

2、应该关注的，如海关防疫，生物工程，生命科学。在步进电机控制系统的基础上改进，作为分生化分析仪器的一个重要组成部，正向着的高精度，高质量发展。自动电子控制系统生化分析仪是非常的复杂的硬件，其中有许多输入和输出。此外，调度操作要求非常严格。该控制系统不仅实现了调度控制和检测仪表的地位，而且还收集许多当前数据的模拟信号。根据这一特点，前者控制系统是多CPU控制系统，由一个电脑组成，两个主供应链管理系统和七个子供应链管理系统。在这设计中运动控制器子属于供应链管理系统，该系统能善于处理多任务和实时控制系统。其缺点之一是庞大的硬件系统。一个基于FPGA新的集中控制系统在方案中被提出研究。图1显示了新的硬件

3、模块控制系统项目。所有供应链管理系统前分布式系统中的功能被FPGA取代。此外，步进电机的分开操纵控制电路可以用FPGA实现。采用FPGA，可以将简化复杂的电路系统和提高其抗电磁干扰能力。图1新的控制系统项目硬件模块生化分析仪系统的执行都是基于步进电机，因为设备高性价比和良好的运动特征，当系统保持简单，它的规模仍然很小的时候在开环的控制电路，仍保证控制精度高。因此，移动速度和定位重复性的步进电机的驱动系统的基础上该提高仪器方案上是提高控制精密，步进电机是开环控制无需位置和速度传感器，这使得它一种工业上普遍使用的电机。但其缺点也是显而易见的：吵闹，纹波转矩和速度，在某些共鸣频域，而最差的亏损步骤。

4、步进电机的振荡，加速和减速性能影响步进电机系统运行质量和快速响应的关键因素。微步进驱动器能够解决和改善步进电机的阶跃振荡响应。首先，本文简要介绍了细分驱动和步进电机恒转矩理论。因此，基于电流控制的两相混合微步进驱动技术被研究。本文提出了一种实用方法为步进电机驱动。也就是说，用切割波恒定电流来驱动基于FPGA的步进电机流动问题。通过数D/A换器逐步改进步进电机的电压信号实现细分技术。在分析了快速电流回流和慢电流回流的控制方法后，一个新的混合的方法是使电流回流前进。这个设计解决了目前经常发生分歧的分开驱动下降过于缓慢以及实现分开电流等经常发生的分歧问题。2基于FPGA的步进电机的细分驱动系统有两种

5、类型的电机实施细分驱动：恒流斩波细分驱动和脉冲宽度调制细分驱动，两者各有优势和缺点。前者提供了较低的精密，易于实施，成本低和小规模的硬件。而后者具有更高的精度，它需要一个反转电路来实现恒压源和电源驱动。基于改进的要求的全自动生化分析仪驱动系统，以及上面的恒转矩传动原理，使用了斩波细分驱动的恒流方式。整个系统涉及到代参考波数据，细分驱动控制器和主电路。（1）代参考波数据步进电机有广泛的角分辨率。通常最粗电机每步转90度，而高清晰度永久永磁电机通常能够每步处理1.8或0.72度。微型步进控制器在控制器上有别于常规的步进电机。为此，在两个绕组的电流必须同时控制在离散的水平。随着明显的增加步进分辨率，

6、微步能降低振荡和共振发生的驱动和负载组合的优势，它推动在其自然共振频率或分次谐波。通过取代用微型步骤，这两个优势得到了充分表现。相较于全步电机，微型电机运行更平稳，更安静。我们要产生每一个步骤都基本相等的扭矩以实现恒转矩驱动和保持在最大输出值，满足各阶段电流为。其中，n是细分数，s为步数。以微步1/4-full-step模式混合两相为例，其电流波形如图2所示。我们需要的是加强交流电流，离散正弦和余弦波驱动电流。我们已经看到，通电不等的两个阶段电流，转子位置将转向了强极。这种效应通过目前在这两个绕组的基本电机细分化的微步进驱动器的利用。在这种情况下，在当前格局绕组非常类似于用两个正弦波90之间的

7、相移。电机驱动很就像它是一个传统的AC同步电动机。这样，步长减少和低速平稳性显着改善。在这个设计中，当前的数据位于嵌入式记忆体的FPGA作为查询表图2 微型步进电机四分之一全步模式（2）细分驱动控制器为了控制力矩以及限制在绕组电阻损耗，电流必须被控制或限制。有两个原则限制电流，电阻限制驱动器和斩波驱动器。这给直升机驾驶员提供了一个最佳的解决方案既电流控制和快速电流积累和逆转。其基本思路是使用的电源电压高出几倍的标称的电动机电压。目前的增长速度是可能的大幅增加。通过控制占空比，产生等电动机的于额定电压和电流的平均电压和平均电流。斩波器通常配置恒流调节。微步需要一个连续可变电流。细分驱动器的基本结

8、构控制器如图3。主要任务细分驱动器设计涉及设计电流控制器。FPGA是控制核心的细分驱动器，其职能是执行斩波细分驱动不断流动。内部脉冲宽度调制（PWM）控制电路调节每个电机绕组的电流。电动机的峰值电流则是由一个外部电流检测电阻（RS），参考电压（Vref）和数字模拟转换器（DAC）的数据输入。D / A转换使得可以使用片内的控制器来产生和控制的连同其他输入的Vref输入。这使有能力实现具有高度精确的扭矩微步序列。在本设计中，AD7628是用于数字控制输出电流。 DAC的输出是用于设置当前检测比较器触发点恒流调节是通过切换输出电流的绕组。这是通过遥感的峰值电流越过过线圈通过电流感应电阻器有效地串联

9、的电机绕组完成的。随着电流增大，电压通过比较器发现整个感应电阻。在预定的水平，由电压定义在参考输入，比较器复位触发器，其中关闭输出晶体管。电流一直减少直至触发时钟振荡器触发器，它的输出晶体管再次转身和周期重复。该恒流控制的优点是无论电源电压的变化都能精确地控制扭矩，。它还提供尽可能短的电流聚集和逆转的时间。功耗要像电源电流一样最小化。电源电流不像在铜驱动器的电流。这是电机电流乘以占空比。恒定电流截止波分波驱动电流显示图4。图3细分驱动控制器的基本结构图4 直流斩波驱动（3）主电路主电路包括两个独立的功率MOS全桥。请参考示意图主电路如图5。电源由电压为24伏直流电源提供。我们选择IRF540作

10、为功率MOS晶体管和MCR1515作为快速续流二极管。为了确保电力MOS晶体管的驱动正确，门源电压必须保证了所有的MOS晶体管的N沟道为12V。低功率MOS晶体管很容易提供地面的来源，但一门极电压大于供给电压的是必须驱动上面的晶体管。这是通过一个用来保证正确的直流传动结合自举电路的充电泵电路实现的。当进行连接到I / O管脚的FPGA，可一定要隔离好。高电压尖峰的数百伏特尽可能步进电机线圈反电势。始终使用钳位二极管简化这些尖峰回到电机功率部件上。采用光学隔离装置将在微控制逻辑和在输出功率阶段出现高电压的潜力之间增加又一层或保护装置。图5主电路电流感应电阻器的安置是很重要的。电机性能，包括三流程

11、：流程，再循环和约束。为了保持良好的电流跟踪，电流感应电阻器应放置在循环电路及时反馈当前的品种。为了改善汽车使用时的性能正弦微步进必要的流速剖面，该驱动程序有三个不同电流衰减模式：慢衰减，快速腐烂，混合衰减。图5显示了H桥配置为常数目前的配置。根据如何在H桥切换过程中的关断期间，电源驱动关闭时电流将分发通过一个晶体管或一个二极管，以便让当前的衰减缓慢，或将电源供应器电源驱动器关掉。电源反馈的好处是电流衰减速度更快，并能够迅速减少到较低的水平。不好的是快速的电流衰减增加电流波纹可能会导致电机损坏。当负载电流增大，慢电流衰减模式是用来限制开关在电机的驱动器和铁损的损耗（见在图4的A - E）。当负

12、载电流下降，混合电流衰减模式是用来调节负载电流到理想状态（参见图4 E-H ）。快速电流衰减时使用在负斜率下时，这是不可能的，如果按照电流衰减速度比需求低的斜坡（参见图4的g- H的）。一个控制单元负责为开启和关闭旋转电机提供控制信号。在许多情况下，控制单元将是一台计算机或可编程接口控制器，软件直接生成需要控制输出开关。在这个设计中，我们选择FPGA作为控制单元。3实验与结果为了验证该系统的效率，我们进行实验，检查电机的驱动电流是否接近正弦或余弦曲线。事实上，感应电阻反映了当前的驱动电动机。在10微型步进中测试的感应电阻的实际电压波形，如图6。有迹象表明，可用于多种方法实现与电流控制PWM输出

13、模式，一常用的方法是对PWM信号幅度通过一个低通滤波器。图10 在10微型步进电机中的电流感应电阻器电压波形4结论本文介绍了混合式步进电机驱动下的正弦电流控制，从这个角度来看步进电机基本上是一个多极同步电机。微型步进电机驱动器设计被成功用于生化分析中，这有效地解决和改善步进电机的振荡反应。虽然可以提高驾驶细分位置精度，基本优点是光滑的，共振自由电机的运行。正弦/余弦的一致性主要取决于转子/定子依赖几何形状与建筑用的材料。对于大多数电机，个体的偏差相对比较小，平均偏离理论值。这使得设计补偿正弦/余弦的流速剖面有效地改善微步表现在具体的设计在该方法中，为了改进BP算法有效性弱点，GA用来使网络变得

14、一些好点。参考文献1 Xiafu Lv and Yingqiong Luo，设计半自动生化分析仪，获取电力系统及其国际会议，2021 年，第164-1677。2 Chau, K.T., Bin Shi, Min-Qiang Hu, Jin, L., Ying Fan.。超声微步进电机控制，符合IEEE。在行业的应用，2021 年，第436-442。3张晓东。一个微步控制方法为基于FPGA的步骤，基于IEEE国际电机会议对产业技术，2021 ，页125-130。4还踏嗯，建勋张，钟文勤罗。数字信号处理器的设计基于多步进电机，微步驱动控制器，在2021 年IEEE国际诉讼机电一体化会议，2021

15、年，第340-345。5林炜杰和卓郑，模拟与实验无位置传感器混合式步进电机直接转矩控制基于数字信号处理器，在2021 年IEEE国际诉讼机电一体化与自动化，2021 年会议，第21133-21378。作家传记黄开征：1978年出生于河南省。于2021 年获得自东北大学生物医学工程硕士学位，目前正在读博士。她的研究包括基于微处理器系统的设计，PWM技术和电机控制技术的发展。 暑期实习报告我们马上就要上大三了，在大一大二的时候，我就想应该找点工作来做做，可惜一直都因没有适当安排好时间而作废，我正想这个假期应该可以去上班试试看，总归得回归社会嘛，农村在暑期基本上农活并不多，我就想这确实是个去实习的好

16、机会，可能今后未必就有这么好的机会。巧的是，老师也这么要求，那我就更是有这个必要去实习实习了。我刚开始就是去小镇上找找看，有没有什么活干，我看到街上的昭示，有百货超市啊，餐馆啊，还有就是招人打小工的，不过因为毕竟这个是需要盖章的，所以呢，超市就是个不错的选择，而且关键在于，在我们今天这个市场经济带动作用下，懂得销售技巧是非常好的，不光要求把商品推销出去，把自己推销出去，还有把一种理念，一个招牌打出去。我本来平时就比较喜欢和人交流，就喜欢人与人交流的那种思想碰撞的感觉，人也和蔼可亲，可是呢，感觉有时候又缺乏一定的技巧，最后给人一种不存在的感觉，有些不服气，这不，这文铭家用电器超市啊是卖家用电器的

17、，我们那边的离一公里的两个小镇都开有他们的店，他们家在一边，只能照看一头的生意，另外一头是新开的，就需要个可靠的人给他们照看家用电器和家具，他们是希望招一个能说会道而且可靠的人，给他们招呼客人。如果遇到什么生意，需要把人家客人款待好些，让他们看看家用电器和家具，给他们介绍介绍价格和性能什么的，然后说服他们到老板家那个小镇去说去看，我二姨家就住在街上，和这家人关系很好，听说我需要找工作，就向他们介绍我，而且还不说，我和他们的侄女就是初中同学，我也去过他们家玩，只是他们需要招的是长期的工作人员，我说我一个月，然后把他们出的工资降低，又和他们再说说，终于就在他们的另一个小镇承担起了负责人的态度，平时

18、我就住在我大娘家，我大娘家的对面就是那个超市。找工作的路途让我明白，这个社会人脉是很重要的，人更愿意相信和自己有些关系，有些来往的人，这会增加一种信任度，还有就是人际交流，自己需要展示好的品质，比如诚实，谦虚，和蔼可亲，有说服力。诚实是最打动人的，如果一个人油腔滑调，旁人是不会放心地任务交在他的手上，另外，如果自己可以说服他们雇用自己，他们即便就会认为自己可以说服自己的顾客购买自己的商品，还有就是保障，这是一桩大生意，家具若有任何闪失，损失的就是一大笔钱，我二姨家和店主他家很亲近，他们是信得过的，我二姨说，若我犯了什么闪失她来担保，而且想必考取一个名牌大学的学生，人格上他们还是信得过，另外，店

19、主他家也偶尔会来看一看哪里有没有什么问题。再说，他们有我的个人信息，我是不会因小失大犯事儿的。因此，我最终就谋上了这个职位，松了一口气，感觉自己很幸运。因为我是临时工，而且主要是为了锻炼自己的市场营销能力，薪水不是关键，本来的职工薪水是底薪一千二百元，百分之一的提成，而我，是底薪八百元，百分之一的提成。若是由我这边介绍的人，最终买了家具，我就可以拿到提成，想想还是蛮可以的。我在这个镇上是住在我大娘家，她家就在我们这个超市的对面。早晨我七八点起床，速速做饭吃了，就去开店门。然后在那里坐着守着，还可以拿我喜欢的故事书，名著啊什么的在那里阅读，和周围忙活的人闲聊说说话，还可以打开音响，放着他家这里的

20、碟片，听各种美妙的音乐。贵州的气候本就凉爽，小镇在山半腰就更加清风吹拂，是避暑的好地方，我抬头就能看见我最喜欢的青山，总是一直耸立在那里，有一种父亲的风骨，更有一种超凡脱俗的韵味，看见山我就觉得自己是自然的一分子，觉得自己很高，我觉得这日子舒服极了！每次赶集，我妈妈都会背来一些菜啊，瓜果之类的来卖，一些给我大娘家，就当是我在我大娘家住的生活费用，毕竟是我得麻烦人家一个月呢！生活上的事情是无忧无虑的了，至于生意上的事情，基本上是冷冷清清，隔三岔五才会有人来问一下，当有人来问家具或电器的时候，我就十分地欣喜，觉得又是个锻炼的好机会，有客人来了我就希望尽我的全力，让人家买我的产品，这样才能实现我的价

21、值，也证明了店主家没有白白雇用我，家用电器和家具的性能店主家都给我说的，我基本上也会了，还有我又有自己看说明书，知道怎么说产品的性能。我微笑着招呼人家，和人家谈论产品性能，还和人家拉拉家常，其实卖家具和买菜就差不多，主要是人家看着差不多，你又会说，人家感觉舒服就愿意向你买，我一遇到问的人，就好象激活了我浑身的细胞，总想把东西卖出去，一欣喜，脸就会红，觉得世界非常美好，想到我的工资可以加，名声也会更好听，我妈妈也更加喜欢我了，（我好像长不大，从小就喜欢这些），人会变的很友善很机灵，很努力的款待人家，还有一点，贵州的农村人都是很喜欢机灵可爱的人的，我感觉我给他们留下的印象就不错。他们有在议论这个姑

22、娘机灵。我卖的第一套家具是我姐夫的二哥买的，他们是自己看的，我给他们说了一下性能，没说产品什么好话，他们看着还可以，估计觉得买别人的还不如买自家人的，最终我就算完成第一笔生意。生意不是天天都卖成，所以，每每完成一笔生意，我就在心里记得很清楚，想着就高兴，然后期待下一场生意的到来。有几个只是随便问一下，然后又去别的地方看，有的人问了问了，然后又回来在这里买了。有的人自己会看，我根本不用怎么介绍，他们就要求见店主，我就当是个服务员就好了，打电话给店主他们，周罗一些杂碎事物。也遇到了一位难缠的，我给他说，他不断用没有理论依据的话质疑我们的产品，我还没听过类似的话语，觉得很无语，最后他和店主说，讲了又

23、讲，最后还是买了几件家具。算算卖了的家具，我这一个月下来总共是四五家的人买，一般都是买一套家具，还有就是买的电器，我需要告诉他们怎么操作，怎么看性能，最终那个月卖了两套电器。这家具，如果客人买的是一套就是几千上万元，我也就可以拿到一百元左右的提成，电器还零散一些。最后我得到的工资是1280元，在农村还是可以的。总体来说，我对我的销售成果还是比较满意的。我赚到了一点钱，可以拿来作为我上学生活费的补贴，我妈妈对我以后的生活更加放心，这些经历还可以拿来说给邻居听听，他们就夸我，我妈妈脸上也觉得比较光彩，我姐姐也来调侃我，说想不到看着我憨不溜秋的还能做生意。这次暑期的经验增长了我的信心，让我有种回归社会的感觉，一直在学校里，感觉心眼都是闭塞的，可是出来了，和不同年龄阶段的人交流谈话，感觉更加自如，更加轻松，听说了一些传奇的故事，品位了不同的生活，我不管薪水高还是少，首先，自己用自己的钱感觉就是一种自由，一种打开天窗见蓝天的感觉，让