步进电机驱动两坐标线切割控制

.一、标题：专业选修课实训—步进电机驱动两坐标线切割控制1、作品照片2、焊接电路照片...二、步进电机的应用及发展、电路功能1、设计目标利用两个步进电机组成X、Y坐标系，并分别控制工作台上X轴和Y轴的步进脉冲，实现从起点A点到预约点B点的走向控制。对步进电机的控制要求:1）．判断旋转方向；2）．按次次传达控制脉冲；3）．判断所要求的控制步数能否传达完成。2、X、Y工作台的传动方式为保证必定的传动精度和平稳性以及构造的紧凑，采纳滚珠丝杆螺母传动副。为提升传动刚度和除去空隙，采纳有预加载荷的构造。因为工作台的运动零件重量和工作载荷不大，应采纳转动直线导轨副，进而减少工作台的摩擦系数，提升运动平稳性。考虑电机步距角和丝杠导程只好按标准采用，为达到分辨率的要求，以及考虑步进电机负载般配，采纳齿轮减速传动，系统整体框图以下：图1步进电机控制XY轴系统整体框图...3、步进电机的特色1.一般步进电机的精度为步进角的3-5%，角位移与输入脉冲数严格成正比，没有累计偏差，拥有优秀的跟从性。2.步进电机表面不同样意较高的温度。步进电机温度过高第一会使电机的磁性资料退磁，进而致使力矩降落致使于失步，所以电机表面同意的最高温度应取决于不同电机磁性资料的退磁点；一般来讲，磁性资料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机表面温度在摄氏80-90度完好正常。3.步进电机的力矩会随转速的高升而降落。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频次越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频次（或速度）的增大而相电流减小，进而致使力矩降落。4.步进电机自己的噪声和振动较大，带惯性负载的能力较差。5.由步进电机与驱动电路组成的开环数控系统，既特别简单、低价，又特其他可靠。同时，它也能够与角度反应环节组成高性能的闭环数控系统。6.步进电机的动向响应快，易于启停，正反转及变速。7.速度可在相当宽的范围内圆滑调治，低速下还能够保证获取大转矩，所以，一般能够不用减速器而直接驱动负载。8.步进电机只好经过脉冲电源供电才能运行，它不能够直接使用沟通电源和直流电源。9.步进电机存在振荡和失步现象，一定对控制系统和机械负载采纳相应的举措。10.步进电机低速时能够正常运行,但若高于必定速度就没法启动,并伴有啸喊声。步进电动机以其显然的特色，在数字化制造时代发挥重视要的用途。陪同着不同样的数字化技术的发展以及步进电机自己技术的提升，步进电机将会在更多的领域获取应用。4、步进电机及其发展步进电机又称为脉冲电动机或阶跃电动机，它是鉴于最基本的电磁感觉作用，将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。单片机控制的步进电机宽泛地应用于工业自动控制、数控机床、组合机床、机器人、计算机外头设施、照相机，大型望远镜，卫星天线定位系统等等。随着经济的发展，技术的进步和电子技...术的发展，步进电机的应用领域更为广阔，同时也对步进电机的运行性能提出了更高的要求。步进电机的原始模型起源于1830年至1860年，1870年前后开始以控制为目的的试一试，应用于氩弧灯的电极输送机构中，这被以为最早的步进电机。1950年后期晶体管的发明也渐渐应用在步进电机上，关于数字化的控制变得更为简单。到20世纪60年月后期，在步进电机本体方面随着永磁资料的发展，各样适用性步进电机应运而生。步进电机今后经过精益求精，使得今天步进电机已宽泛运用在需要高定位精度、高分解能、高响应性、信任性等灵巧控制性高的机械系统中。在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，我们很简单发现步进电机的踪影，特别以重视速度、地点控制、需要精准操作各项指令动作的灵巧控制性场合步进电机用得最多。三、电路的组成1、步进电机的构造及工作原理构造图2步进电机内部构造图如图2.1所示，步进电机分为转子和定子两部分：1.定子：由硅钢片叠成的，定子上有6大磁极，每2个相对的磁极（Ｎ，S）组成一对，共有3对。定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线挨次分别与转子齿轴线错开。0、1/3π、2/3π,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以π表示），即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3π，C与齿3向右错开2/3π，A'与齿5相对齐，（A'就是A，齿5就是齿1）。...2.转子：由软磁资料制成，其表面面也平均地散布着小齿,与定子上的小齿同样，而且小齿的大小同样，间距同样工作原理：以反应式步进电机为例：如A相通电，B，C相不通电时，因为磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力以下均同）。如B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3π，此时齿3与C偏移为1/3π，齿4与A偏移（π-1/3π）=2/3π。如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3π，此时齿4与A偏移为1/3π对齐。如A相通电，B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3π这样经过A、B、C、A分别通电状态，齿4（即齿1前一齿）移到A相，电机转子向右转过一个齿距，假如不断地按A，B，C，A通电，电机就每步（每脉冲）1/3π,向右旋转。如按A，C，B，A通电，电机就反转。因而可知：电机的地点和速度由导电次数（脉冲数）和频次成一一对应关系。而方向由导电次序决定。2、步进电机驱动步进电动机不能够直接接到工频沟通或直流电源上工作，而一定使用专用的步进电动机驱动器，它由脉冲发生控制单元、功率驱动单元、保护单元等组成。驱动单元与步进电动机直接耦合，也可理解成步进电动机微机控制器的功率接口。3、步进电机的单片机控制步进电机控制系统组成图3用微型机控制步进电机原理系统图...与传统步进控制器比较较有以下长处：1）.用微型机取代了步进控制器把并行二进制码变换成串行脉冲序列，并实现方向控制。2）.只需负载是在步进电机同意的范围以内，每个脉冲将使电机转动一个固定的步距角度。（3）.依据步距角的大小及实质走的步数，只需知道初始地点，即可知道步进电机的最终地点。4、脉冲序列的生成图4脉冲的生成脉冲幅值：由数字元件电平决定。TTL0～5VCMOS0～10V接通和断开时间可用延时的方法控制。要求：保证步进到位。5、方向控制步进电机旋转方向与内部绕组的通电次序有关。三相六拍，通电次序为:正转:A→AB→B→BC→C→CA反转:A→AC→C→CB→B→BA改变通电次序能够改变步进电机的转向6、脉冲分派实现脉冲分派（也就是通电换相控制）的方法有两种：软件法和硬件法...四、电路设计1、设计思路本设计主假如研究鉴于单片机的步进电机控制，采纳单片机AT89C51和脉冲分派器PMM8713控制步进电机在三相六拍工作方式下的启停控制，正反转控制和加减速控制，经过步进电机丝杠连动，带动XY工作台的直线运动，实现从起点A点到预约点B点的位移控制。2、设计解析经过软件实现脉冲分派软件法是完好用软件的方式，依据给定的通电换相次序，经过单片机的IO向驱动电路发出控制脉冲，下边以三相六拍为例上边提到了三相六拍工作方式通电换相得正序为A-AB-B-BC-C-CA-A,，反序为A-AC-C-CB-B-BA-A图5用软件实现脉冲分派的接口表示图注：P1.0：A相驱动P1.1：B相驱动P1.2：C相驱动三相六拍控制字以下表所示：表6三相六拍工作方式的控制字...注：0代表使绕组断电，1代表使绕组通电在程序中，只需挨次将这10个控制字送到P1口，步进电机就会转动一个齿距角，每送一个控制字，就完成一拍，步进电机转过一个步距角。软件法在电动机运行过程中，要不断地产生控制脉冲，占用了大批的CPU时间，可能使单片机没法同时进行其余工作（如监测等），所以，人们更喜爱用硬件法。经过硬件实现脉冲分派所谓硬件法实质上就是使用脉冲分派器8713，来进行通电换相控制。8713是属于单极性控制，用于控制三相和四相步进电机，我们选择的是三相六拍工作方式。8713能够选择单时钟输入或双时钟输入，拥有正反转控制、初始化复位、工作方式和输入脉冲状态监察等功能，全部输入端内部都设有斯密特整形电路，提升抗搅乱能力。采纳单时钟输入方式，8713的3脚为步进脉冲输入端，4脚为转向控制端，这两个引脚的输入均由单片机供给和控制，采纳对三相步进电机进行六拍方式控制，所以5、6脚接高电平，7脚接地。以下列图所示：...因为采纳了脉冲分派器，单片机只需供给步进脉冲，进行速度控制和转向控制，脉冲分派的工作交给8713来自动完成，所以，CPU的负担减少很多。3、步进电机驱动（采纳单电压驱动）单电压驱动是指电动机绕组在工作时，只用一个电压电源对绕组供电，它的特色是电路最简单。步进电机使用脉冲电源工作，脉冲电源的获取可经过下列图说明，开关管T是依据控制脉冲的规律“开”和“关”，使直流电源以脉冲方式向绕组L供电，这一过程我们称为步进电机的驱动。适用电路以下列图所示。在电机绕组回路中串有电阻Rs，使电机回路时间常数减小，高频时电机能产生较大的电磁转矩，还能够缓解电机的低频共振现象，但它惹起附带的消耗。一般状况下，简单单电压驱动线路中，Rs是不行缺乏的。Rs对步进电动机单步响应的改良如图6所示：图6单电压功率驱动接口电路图电路中只有一个电源V，电路中的限流电阻R1决定了时间常数，但R1太大会使绕组供电电流减小。这一矛盾不能够解决时，会使电动机的高频性能降落，可在R1两头并联一个电容，以使电流的上涨波形变陡，来改良高频特点，但这样做又使低频性能变差。R1在工作中腰耗费必定的能量，所以这个电路消耗大，效率低，一般只用于小功率步进电机的驱动。4、完好电路图因为步进电机的驱动电流较大，所以微型机与步进电机的连结都需要特意的接口及驱动电路。驱动器可用大功率复合管，也能够是特意的驱动器。总之，...只需按必定的次序改变8713脉冲分派器的11脚～13脚三位通电的状况，即可控制步进电机依选定的方向步进。因为步进电机运行时功率较大，可在微型机与驱动器之间增添一级光电间隔器（一是抗搅乱，二是电间隔。）以防强功率的搅乱信号反串进主控系统。电路图以下所示：5、元器件表位号规格位号规格名称规格C130pFR810K三极管X69013C230pFR910K光耦X34N25C310uFR1015Ω二极管X3IN4007Y112MHZR1115Ω单片机AT9C51R110KR1215Ω直流电源+5VR210KR134.7K环分派器PMM8713R310KR144.7KR410KR154.7KR510KR164.7KR610KR1710KR710K...6、程序框图依据设计任务，可画出控制步进电机正反转，加减速控制，工作方式为双时钟，程序框图如上：程序代码以下：本程序的资源分派以下R0——中间存放器R1——积蓄速度级数R2——积蓄级数步数R3——加减速状态指针，加快时指向35H，恒速时指向37H，减速时指向3AH;...P0.0——正转脉冲输入；P0.1——反转脉冲输入；P1.3——正转按钮K1；P1.4——反转按钮K2；P1.5——加快按钮K3；P1.6——减速按钮K4；准经常数序列放在以ABC为初步地点的ROM中。初始R3=35H,R1、R2都有初始值ORG0000HJNBP0.0,ZZJNBP0.1,FZINCR0CJNER0,#06H,ZZ1MOVR0,00H;ZZ1:MOVA,R0;MOVDPTR,#ABC;MOVCA,@A+DPTR;MOVP0,A;FZ:DECR0;CJNER0,#0FFH,FZ1;MOVR0,#05H;FZ1:MOVA,R0;MOVDPTR,#ABC;MOVCA,@A+DPTR;MOVP0,A;ABC:DB01H,03H,02H,06H,04HRETJS:MOVR0,#35;CJNE@R0,#0FFH,JS1;INCR0;DEC@R0;JS1:DJNZR2,JS2;INCR1;...MOVA,R1;MOVB,#120;MULAB;MOVR2,A;JS2:DJNZR2,JS3;DECR1;MOVA,R1;MOVB,#180;MULAB;MOVR2,A;JS3:DJNZR2,JS1;DECR1;MOVA,R1;MOVB,#240;MULAB;MOVR2,ARET;END五、调试过程、实验结果、调试过程：主要包含以下三个方面硬件调试：接通电源，检查焊接电路能否正常工作，接头能否接触优秀。看能否有输出信号脉冲，和各个开关的按下后能否会变化。软件调试：依据设计思路用proteus仿真软件画出仿真电路图，先检查单片机的高低电平能否接对和最小系统能否运作正常，接着检查单片机的输出口能否有脉冲信号输出，再检查信号放大电路能否工作，最后检查步进电机的接线能否正确。运行调试：在硬件调试和软件调试正确的基础上，使电路进入运行状态，察看运行状况，看能否能够实现三相步进电机的正反转、迅速、中速、慢速、单步、定步控制。以上这3个方面的调试基本没有碰到什么困难，做完以上3个方面调试后，接着就是程序的编写和调试过程了，这个过程能够说是最简单但同时也是最复杂的，因为程序中的每个指令都会影响到电路的运作，只需程序中那里略微喝电路不对或许出现错误，那么你的电路就没有成功可言，所以说做好程序调试着一步，是我本次设计至关重要的一步。我的程序调试过程以下：...先编写程序实现步进电机的正反转和停止，因为这步相对来说较简单，正要依据步进电机的型号和工作方式去选择输出脉冲信号的变化就能够得以实现。在实现步进电机的正反转和停止的基础上，进而去实现在原有步进电机的转速上经过编程实现步进电机的正反转、迅速、中速、慢速、单步、定步控制。这个步骤