基于51单片机步进电机转速控制开题报告

 2021-08-08 12:08

全文总字数:3409字

1. 研究目的与意义

本课题采用51单片机,进行步进电机转速控制系统的设计。

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机。传统电机作为机电能量转换装置,在人类的生产生活进入电气化的过程中起着关键作用。如今,人类社会已经进入电气化时代,传统电机已经无法满足各类自动化控制系统的要求。因此,一系列具有控制功能的新型电机系统逐渐发展起来,步进电机系统便是其中重要的一员。

步进电机是现代数字程序控制系统中的主要执行元件,应用十分广泛。在非超载的情况下,步进电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响。它最突出的优点即为可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速、快速起停、正反转控制及制动等功能,并且用其组成的开环系统不仅简单、廉价,而且非常可行。

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2. 国内外研究现状分析

步进电机是一种感应电机,它基于最基本的电磁铁原理,依靠气隙磁导的变化来产生电磁转矩。步进电机最早是在1920年由英国人开发的,二十世纪初,在电话自动交换机中广泛使用了步进电机。此后由于西方资本主义列强争夺殖民地,步进电机在缺乏交流电源的船舶和飞机等独立系统中得到了应用。二十世纪五十年代后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上,这对于数字化的控制变得更为容易。到了八十年代后期,由于廉价的微型计算机以多功能的姿态出现,步进电机的控制方式更加多样[1]。如今,随着科学技术的发展,特别是永磁材料、半导体技术、计算机技术的发展,步进电机已经大量运用在需要高定位精度、高分解性能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中[2]。

步进电机无法直接连接到直流或交流电源上工作,必须使用专用的步进电机驱动器。由于步进电机是一种把电脉冲转换成离散机械运动的装置,具有很好的数据控制特性,因此计算机成为步进电机的理想驱动源。随着微电子和计算机技术的发展,软硬件结合的控制方式成为了主流,即通过程序产生控制脉冲,驱动硬件电路[1]。这使得步进电机的控制发生了革命性变革。

在步进电机的发展过程中,出现了多种控制方案:

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3. 研究的基本内容与计划

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在,加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点,使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变得非常简单。

步进电机的调速一般是用改变输入步进电机的脉冲的频率来实现的。因为步进电机每给一个脉冲就转动一个固定的角度,这样就可以通过控制步进电机一个脉冲到下一个脉冲的时间间隔来改变脉冲的频率,控制延时的长短来具体控制步进角从而改变电机的转速。

本课题采用AT89C51型单片机内部定时器改变CP脉冲的频率从而实现对步进电机转速的控制,实现电机调速与正反转等功能。AT89C51单片机是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器。它的结构简单且可在编程器上实现闪烁式的电擦写达几万次以上,使用方便。为了高效控制步进电机的转动,需要将单片机发出的脉冲信号转变为步进角度。

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4. 研究创新点

1、单片机软件编程可以使复杂的控制过程实现自动控制和精确控制,减少失步、振荡等对控制精度的影响;

2、用软件代替环形分配器,通过对单片机的设定,用同一种电路实现多相步进电机的控制和驱动,提高接口电路的灵活性和通用性;

3、基于单片机使显示电路、键盘电路、复位电路、串口通讯电路等外围电路有机结合,提高系统的交互性;

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