基于单片机步进电机速度控制研究

基于单片机步进电机速度控制讨论 本文对步进机一个全面的介绍，再基于单片机对步进电机的控制。本文采纳硬件控制系统，通过单片机 MC9S12XS128 与光电编码器对步进电机进行速度的控制。最后对步进电机的速度曲线进行讨论。 步进电机又称为脉冲电动机或者阶跃电动机，作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用于各种自动化控制系统之中，比如当今电子钟表、工业机械手、包装机械和汽车制动元件的测试中等。步进电机在未来应用前景会往更加小型化、从圆形电动机往方形电动机和四相、五相往三相电动机进展。而这便需要对步进电机的控制提出了更高的要求。 1.步进电机综合介绍 1.1.步进电机分类 步进电动机的种类很多，从广义上讲，步进电机的类型分为机械式、电磁式和组合式三大类型。按结构特点电磁式步进电机可分为反应式(VR)、永磁式(PM)和混合式(HB)三大类；按相数分则可分为单相、两相和多相三种。目前使用最为广泛的为反应式和混合式步进电机。 1.1.1.反应式步进电机 反应式步进电机的转子是由软磁材料制成的，转子中没有绕组。一般为三相，可实现大扭矩的输出，步进角一般为 1.5 度。它的结构简单，成本低，但噪音大。 1.1.2.永磁式步进电机 永磁式步进电机的转子是用永磁材料制成，转子本身就是一个磁源。转子的极数和定子的极数相同，所以一般步距角比较大，步进角一般为 7.5 度或 15 度。它输出转矩大，动态性能好，消耗功率小，但启动运行频率较低，还需正负脉冲供电。 1.1.3.混合式步进电机 混合式步进电机综合了反应式和永磁式两者的优点。它分为两相和五相，两相的步进角一般为 1.8 度，而五相的步进角为 0.72度。混合式与传统的反应式相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高，电流小，发热低。 目前使用最为广泛的为反应式和混合式步进电机。 1.2.步进电机的工作原理 步进电机是将电脉冲信号转化为角位移增量，也即是说，当步进驱动器接收到一个脉冲信号时，便驱动电机根据设定的方向转动一定的角位移量。我们可以通过控制脉冲的个数来控制步进电机的角位移量，通过控制脉冲的频率来控制速度与加速度。 定子齿有三个励磁绕组，其几何轴线分别于转子的轴线错开。当 A 相通电时，由于定齿的 A 齿与转子的 1 齿对齐，没有切向力，转子静止，接着 B 相通电，转子齿偏移定子一个角度，由于励磁磁...