步进电动机驱动电路的分析及设计开题报告

步进电动机驱动电路的分析及设计开题报告本文简介：毕业设计开题报告课题名称步进电动机驱动电路的分析及设计院系机电与自动化学院专业班20121131224姓名杨杰评分指导教师江卫华武昌首义学院毕业设计开题报告撰写要求1.开题报告的主要内容1）课题设计的目的和意义；2）主要参考文献综述；3）课题设计的主要内容；4）设计方案；5）实施计划。6）主要参考文

步进电动机驱动电路的分析及设计开题报告本文内容：

毕业设计

开

题

报

告

课

题

名

称

步进电动机驱动电路的分析及设计

院

系

机电与自动化学院

专

业

班

20121131224

姓

名

杨杰

评

分

指

导

教

师

江卫华

武

昌

首

义

学

院

毕业设计开题报告撰写要求

1.开题报告的主要内容

1）课题设计的目的和意义；

2）主要参考文献综述；

3）课题设计的主要内容；

4）设计方案；

5）实施计划。

6）主要参考文献：不少于5篇，其中外文文献不少于1篇。

2．撰写开题报告时，所选课题的课题名称不得多于25个汉字，课题研究份量要适当，

研究内容中必须有自己的见解和观点。

3.开题报告的字数不少于3000字（艺术类专业不少于2000字），其中，主要参考文献综述字数不得少于1000字，开题报告的格式按学校《本科毕业设计/论文撰写规范》的要求撰写。

4.

指导教师和责任单位必须审查签字。

5．开题报告单独装订，本附件为封面，后续表格请从网上下载并用A4纸打印后填写。

6.

此开题报告适用于全校各专业，部分特殊专业需要变更的，由所在院（系）在此基础上提出调整方案，报学校审批后执行。

武昌首义学院本科生毕业设计开题报告

学

生

姓

名

杨杰

学

号

20121131224

专业班级

电气1205班

院（系）

机电与自动化

指导教师

江卫华

职称

教授

课题名称

步进电机驱动电路的分析及设计

1.

课题设计的目的和意义

1.1

课程设计的目的

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。驱动器接收到一个脉冲信号后，驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。首先，通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；其次，通过控制脉冲顿率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到涮速的目的。

(1).

了解步进电机结构及驱动电路工作原理；

(2)．根据所选用的步进电机型号，设计驱动电路，根据电机的名牌参数，确定所选用驱动芯片

功率的大小；

(3).驱动电路为大功率器件，短路时易造成器件的损坏，为保护系统的安全，应设置相应的保护线路；

2.

主要参考文献综述

2.1国内外研究现状

步进电机又称脉冲电动机,是数字控制系统中的一种执行元件,其功能是将脉冲电信号变换为相应的角位移或直线位移!且其输出转角#转速与输入脉冲个数频率有着严格的同步关系,步进电机由于其本身的特点在具

体的应用中有利于装置或设备的小型化和低成本,因而广泛地应用在众多的领域中并得以不断的发展.虽然步进电机是一种数控元件,易于同数字电路接口,但是,一般数字电路的信号能量远远不足以驱动步进电机!必须有一个与之匹配的驱动电路来驱动步进电机,步进电机本体和步进电机驱动电路两者密不可分地组成步进电机系统。多年来,随着电力电子技术,自动化控制技术以及计算机网络通信技术的发展,步进电机系统尤其是其中的驱动电路部分也不断地发展,国内外围绕步进电机驱动电路做了大量的研究与开发。

2.2驱动电源的发展及国内研制概况

步进电机驱动电源同步进电机本身是一个整体,其性能好坏直接影响步进电机系统性能的优劣,现主要从以下两个方面对其发展及国内研制概况进行论述。电源功放级使用元件情况,驱动电源性能的好坏及可靠性,在很大程度上与末级功放所用的功率元件直接相关。最初使用的末级功放元件是可控硅,可控硅是一种脉冲触发的开关器件,它突出的优点是输入功率小,输出功率大,耐压高#成本较低。在七十年代由于国内大功率高低压晶体管较少,所以用可控硅为功率器件的驱动器曾一度占据主流。但是,可控硅虽然触发简单,但关断困难。总的来看线路复杂,容易形成误触发,可靠性差,不便于调试和维护,抗干扰能力不好!近年来随着大功率晶体管的发展一般不再采用。晶体管具有控制方便,调试容易,开关速度快以及元件损耗小等优点!并且由于采用先进的设计,晶体管的开关特性和耐压过流能力有了相当大的改进。因而近几年国内外绝大多数的驱动电源使用晶体三极管作为末级功放元件。

2.3存在的问题及对策

高低压驱动电路在六十年代末出现,是随着对步进电机要求大功率驱动和高频工作而出现的,这种电路主要是加大绕组电流的注入量以提高出力。而不是通过改善电路的时间常数来使矩频性能得以提高,这种电路的特点是电流波形得到了很大改善,电机的转矩特性很好,启动和运行频率得到很大的提高。由于绕组回路中的串接若干个较小的电阻,所以电源功耗较小,但由于电机旋转反电势,相间互感等因素的影响,易使电流波形在高压工作结束和低压工作开始的衔接处呈凹形,致使电机的输出力矩有所下降。为了弥补高低压驱动电路的高,低压电流波形在连接处为凹形的缺陷,提高输出转矩。七十年代中期研制出斩波电路,该电路由于采用斩波技术,使绕组电流在额定值上下成锯齿波形波动。电流绕组的有效电流相应的增加,故电机的输出转矩增大,能基本上保持恒定,而且不需外接电阻。取样电阻又很小,因此,整个系统的功耗非常小,电源效率较高,因而恒流斩波电路应用相当广泛。细分驱动电路在七十年代中期由美国学者首次提出,它是建立在步进电机的各相绕组理想对称和距角特性严格正旋的基础上的。它通过控制电动机各相绕组中电流的大小和比例,使步距角减小到原来的几分之一至几十分之一。实际上,加工误差致使细分后的步距角精度并不高,但是,细分驱动能极大地改善步进电机运行的平稳性,提高匀速性,减轻甚至消除振荡近。几年来,由于微处理机技术的发展,细分电路获得了广泛应用。

3.

课题设计的主要内容

3.1

二相步进电机驱动电路的设计

在数字电路中,大部分采用的是TTL电平[5],但TTL电平产生的脉冲却不足以使步进电机转动,所以,需要设计一种驱动电路对控制脉冲进行环形分配、功率放大,步进电机绕组按一定顺序通电,使

电机运转。同时,还需要一个控制器,用来产生一组具有相应时序和频率的脉冲来控制电机转动的方向和速度。步进电机有了驱动器和控制器后才可以正常工作。

通用的BYG系列二相步进电机一般都有6根引线,即六线式。二相六线式步进电机虽然又称为单极性步进电机,但实际上却能同时使用单极性或双极性驱动电路。单极性或双极性驱动电路的设计都可采用一片可在线编程的单片机AT89S52作为控制器,由达林顿功率管组成的电路作为驱动器。

步进电机原理图

4.

设计方案

单极性是指步进电机线圈中电流的流动方向是固定的,线圈中的电流只按一个方向流动。步进电机的单极性驱动电路是使用4个晶体管来驱动步进电机的2组相位,电路结构如图2所示。可见,电路包含2组带有中间抽头的线圈,整个电机共有6条线与外界连接。2个绕组的中间抽头Vdd1和Vdd2都接高电平VDD,然后根据其工作原理,再将电机其余4线的电平轮流拉低,通电顺序依次为B→A→??B→??A,且4个状态按顺序周而复始进行变化时,步进电机就转动;如果改变通电的顺序,即当通电顺序

为?A→B→A→B,且4个状态也按顺序周而复始进

行变化时,步进电机就逆向转动。当步进电机运转时,绕组线圈中的电流是依次按图中标明的方向流动的,电流方向在运转过程中不会改变。

因此,当控制器AT89S52的引脚P1.3、P1.2、P1.1、P1.输出的脉冲时序依次为0001→0010→0100→1000时,其脉冲经过光耦隔离后,再通过达林

顿功率管实现功率放大,各个达林顿功率管轮流导通,产生相应的通电时序,从而带动步进电机的正常转动。改变输出的脉冲时序即可实现电机反转。

5.

实施计划

（1）第七学期

第18-20周

查阅资料，翻译外文资料，撰写开题报告。

（2）第八学期

第

1

周

开题报告答辩。

（3）第八学期

第

2-7

周

深入拟定课程实施方案，进行深入研究。

（4）第八学期

第

8-10周

撰写并提交初稿，根据老师建议修改论文，定稿。

（5）第八学期

第

11

周

毕业论文格式审查，答辩资格审查。

（6）第八学期

第12-13周

答辩前专项检查，毕业设计/论文修改，完成答辩。

6.

主要参考文献（不少于5篇，其中外文文献至少1篇）

[1]

许建国.电机与控制.武汉：武汉测绘科技大学出版社，2015，

[2]

孙鹤旭。交流步进传动系统。北京：机械工业出版社，2015；

[3]

孙建忠，白风仙。特种电机及其控制。北京：中国水利水电出版社，

2015；

[4]

陈坚。电力电子学─电力电子变换和控制技术。北京：高等学校出版

社，2014。

[5]王宗培,步进电动机的发展及建议[J].微电机,2014,37(4):47~49.

[6]

Manfred

Schroeder《Dormancy

of

the

one-chip

computer---restore

to

the

throne

in

theoperation

way

and

improve

anti-

interference

ability》，2014

指导教师意见

该生实验准备工作充分，能手机比较详实的中外参考文献；进行实验设计和准备工作，实验材料准备充分，实验计划安排合理，并以开始论文撰写的前期准备。希望继续收集资料，完善实验方案，早日开展实验研究和论文撰写，同意开题！

指导教师签字：

2016

年

3

月

4

日

答辩小组意见：

组长签字：*年*月*日

教研室审查意见：

教研室负责人签字：*年*月*日

院系审查意见：

院系负责人签字：

（公

章）*年*月*日

（此表由学生填写，指导教师、答辩小组、教研室、院系签署意见）

—

9

—