步进电机控制技术论文

步进电机作为执行元件， 是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。我为大家整理的电机控制技术论文，希望你们喜欢。

电机控制技术论文篇一

步进电机控制系统

摘要：步进电机作为执行元件， 是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展， 步进电机的需求量与日俱增， 在各个国民经济领域都有应用。

关键词：步进电机;执行元件;计算机;发展

1步进电机原理及特征

11步进电机的目前发展情况

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。当步进驱动器接收到一个脉冲信号， 它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)， 它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以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;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度， 从而达到调速的目的。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、位置等控制领域使用步进电机进行控制变得非常简单。步进电机可以作为一种控制用的特种电机， 利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。

12步进电机的特点

1步进电动机工作时每相绕组不是恒定地通电， 而是按一定的规律轮流通电。 2每输入一个脉冲电信号转子转过的角度称为步距角。 3步进电机可以按特定指令进行角度控制， 也可以进行速度控制。角度控制时， 每输入一个脉冲， 定子绕组就换接一次， 输出轴就转过一个角度， 其步数与脉冲数一致， 输出轴转动的角位移量与输入脉冲成正比。速度控制时， 步进电机绕组中送入的是连续脉冲， 各相绕组不断地轮流通电， 步进电机连续动转， 它的转速与脉冲频率成正比。改变通电顺序， 即改变定子磁场旋转方向， 就可以控制电机正转或是反转。

13步进电机的一些典型运用场合

①步进电机主要用于一些有定位要求的场合。例如：线切割的工作台拖动，植毛机工作台(毛孔定位)，包装机(定长度)。基本上涉及到定位的场合都用得到。

②广泛应用于ATM机、喷绘机、刻字机、写真机、喷涂设备、医疗仪器及设备、计算机外设及海量存储设备、精密仪器、工业控制系统、办公自动化、机器人等领域。特别适合要求运行平稳、低噪音、响应快、使用寿命长、高输出扭矩的应用场合。

③步进电机在电脑绣花机等纺织机械设备中有着广泛的应用，这类步进电机的特点是保持转矩不高，频繁启动反应速度快、运转噪音低、运行平稳、控制性能好、整机成本低。

目前用于电脑绣花机的步进电机多数为三相混合式步进电机，并采用细分驱动技术可以大大改善步进电机的运行品质，减少转矩波动，抑制振荡，降低噪音，提高步矩分辨率。

14 步进电机的运转原理及结构

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(及步进角)。可以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;也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

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。

15 旋转

如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，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1/3て，此时齿3与C偏移为1/3て，齿4与A偏移(て-1/3て)=2/3て。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1/3て，此时齿4与A偏移为1/3て对齐。 如A相通电，B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3て。

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，如果不断地按A，B，C，A……通电，电机就每步(每脉冲)1/3て，向右旋转。如按A，C，B，A……通电，电机就反转。由此可见：电机的位置和速度由导电次数(脉冲数)和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。

2电路设计分析

21 8253及8255驱动步进电机电路

①按图连接线路，利用8255 输出脉冲序列，开关K0～K6 控制步进电机转速，K7控制步进电机转向。8255 CS 接288H～28FH。PA0～PA3 接BA～BD;PC0～PC7 接K0～K7。

②编程：当K0～K6 中某一开关为“1”(向上拨)时步进电机启动，并且电机转动速度大小不同。K7 向上打电机正转，向下打电机反转。

22实验重要参数计算

由实际测试得，stepcount步数设定为约59步时。步进电机转动一圈。

由实验要求：先顺时针，每分钟6圈，转十分钟。约得stepcount=59610=3540。

停止三秒：8086机器周期为1/5MHz3s=1/5MHz15exp6即15M个机器周期的指令。

后逆时针，每分钟30圈，转十分钟。约得stepcount=593010=17700。

23 实际问题及解决方法

①硬件连接及软件程序不够熟练，经多方面查资料，翻阅书籍，确定设计方案及硬件软件的具体设计内容。

②键盘及LED显示的控制不够理想，经程序的细心解读，最终达到了设计的目的。按10号键显示0。。。0030，按12号键显示1。。。0006，按14号键启动运行，按15号键停止运行。 ③转速控制，开始不够精确。经反复测试，最终确定为59步每圈。并计算出6R/MIN，30R/MIN的设定步数。

3总结体会

首先，利用星研集成环境软件编辑并运行程序，在STAR ES598PCI实验仪上调试实验结果，分析实验程序及硬件电路;然后，在利用原有源程序进行实验时，电机的转速控制不是很明显，这就要求修改控制步速Takesetpcount的数值，及8253的分频数，以使电机转速达到6r/min和30r/min。其次，调节8259控制键盘及显示，最终达到实时显示转速及转动方向，并用键盘控制其启动与停止。由于步进电动机的运转是由电脉冲信号控制的，步进电动机的角位移量或线位移量与脉冲数成正比，每给一个脉冲，步进电机就转动一个角度(步距角)或前进/倒退一步，所以希望清晰的看到电机的此特性。我们通过设定步速及转速，此时可以观测到电机的步进及转动一圈的步数。

参考文献

1王忠民，等。微型计算机原理(第二版)。西安：西安电子科技大学出版社，2007

2江晓安，董秀峰。模拟电子技术(第三版)。西安：西安电子科技大学出版社，2009

3李全利。单片机原理及接口技术。北京：高等教育出版社，2010

步进电机控制系统

韩 浩

(西安文理学院物理与机械电子工程系 陕西西安 710000)

摘要：步进电机作为执行元件， 是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展， 步进电机的需求量与日俱增， 在各个国民经济领域都有应用。

关键词：步进电机;执行元件;计算机;发展

1步进电机原理及特征

11步进电机的目前发展情况

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。当步进驱动器接收到一个脉冲信号， 它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)， 它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以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;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度， 从而达到调速的目的。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、位置等控制领域使用步进电机进行控制变得非常简单。步进电机可以作为一种控制用的特种电机， 利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。

12步进电机的特点

1步进电动机工作时每相绕组不是恒定地通电， 而是按一定的规律轮流通电。 2每输入一个脉冲电信号转子转过的角度称为步距角。 3步进电机可以按特定指令进行角度控制， 也可以进行速度控制。角度控制时， 每输入一个脉冲， 定子绕组就换接一次， 输出轴就转过一个角度， 其步数与脉冲数一致， 输出轴转动的角位移量与输入脉冲成正比。速度控制时， 步进电机绕组中送入的是连续脉冲， 各相绕组不断地轮流通电， 步进电机连续动转， 它的转速与脉冲频率成正比。改变通电顺序， 即改变定子磁场旋转方向， 就可以控制电机正转或是反转。

13步进电机的一些典型运用场合

①步进电机主要用于一些有定位要求的场合。例如：线切割的工作台拖动，植毛机工作台(毛孔定位)，包装机(定长度)。基本上涉及到定位的场合都用得到。

②广泛应用于ATM机、喷绘机、刻字机、写真机、喷涂设备、医疗仪器及设备、计算机外设及海量存储设备、精密仪器、工业控制系统、办公自动化、机器人等领域。特别适合要求运行平稳、低噪音、响应快、使用寿命长、高输出扭矩的应用场合。

③步进电机在电脑绣花机等纺织机械设备中有着广泛的应用，这类步进电机的特点是保持转矩不高，频繁启动反应速度快、运转噪音低、运行平稳、控制性能好、整机成本低。

目前用于电脑绣花机的步进电机多数为三相混合式步进电机，并采用细分驱动技术可以大大改善步进电机的运行品质，减少转矩波动，抑制振荡，降低噪音，提高步矩分辨率。

14 步进电机的运转原理及结构

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(及步进角)。可以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;也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

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。

15 旋转

如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，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1/3て，此时齿3与C偏移为1/3て，齿4与A偏移(て-1/3て)=2/3て。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1/3て，此时齿4与A偏移为1/3て对齐。 如A相通电，B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3て。

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，如果不断地按A，B，C，A……通电，电机就每步(每脉冲)1/3て，向右旋转。如按A，C，B，A……通电，电机就反转。由此可见：电机的位置和速度由导电次数(脉冲数)和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。 2电路设计分析

21 8253及8255驱动步进电机电路

①按图连接线路，利用8255 输出脉冲序列，开关K0～K6 控制步进电机转速，K7控制步进电机转向。8255 CS 接288H～28FH。PA0～PA3 接BA～BD;PC0～PC7 接K0～K7。

②编程：当K0～K6 中某一开关为“1”(向上拨)时步进电机启动，并且电机转动速度大小不同。K7 向上打电机正转，向下打电机反转。

22实验重要参数计算

由实际测试得，stepcount步数设定为约59步时。步进电机转动一圈。

由实验要求：先顺时针，每分钟6圈，转十分钟。约得stepcount=59610=3540。

停止三秒：8086机器周期为1/5MHz3s=1/5MHz15exp6即15M个机器周期的指令。

后逆时针，每分钟30圈，转十分钟。约得stepcount=593010=17700。

23 实际问题及解决方法

①硬件连接及软件程序不够熟练，经多方面查资料，翻阅书籍，确定设计方案及硬件软件的具体设计内容。

②键盘及LED显示的控制不够理想，经程序的细心解读，最终达到了设计的目的。按10号键显示0。。。0030，按12号键显示1。。。0006，按14号键启动运行，按15号键停止运行。

③转速控制，开始不够精确。经反复测试，最终确定为59步每圈。并计算出6R/MIN，30R/MIN的设定步数。

3总结体会

首先，利用星研集成环境软件编辑并运行程序，在STAR ES598PCI实验仪上调试实验结果，分析实验程序及硬件电路;然后，在利用原有源程序进行实验时，电机的转速控制不是很明显，这就要求修改控制步速Takesetpcount的数值，及8253的分频数，以使电机转速达到6r/min和30r/min。其次，调节8259控制键盘及显示，最终达到实时显示转速及转动方向，并用键盘控制其启动与停止。由于步进电动机的运转是由电脉冲信号控制的，步进电动机的角位移量或线位移量与脉冲数成正比，每给一个脉冲，步进电机就转动一个角度(步距角)或前进/倒退一步，所以希望清晰的看到电机的此特性。我们通过设定步速及转速，此时可以观测到电机的步进及转动一圈的步数。

参考文献

1王忠民，等。微型计算机原理(第二版)。西安：西安电子科技大学出版社，2007

2江晓安，董秀峰。模拟电子技术(第三版)。西安：西安电子科技大学出版社，2009

3李全利。单片机原理及接口技术。北京：高等教育出版社，2010

电机控制技术论文篇二

步进电机的加减速控制

[摘 要]本文详细分析了步进电机及其工作原理，并基于MCS-51系列单片机设计步进电机的数字控制系统。在设计中加入了步进电机的细分技术和恒频脉宽调制技术。结合脉冲分配器的使用，开发了简单的细分驱动控制电路。

[关键词]步进电机;单片机;细分控制

中图分类号：F140 文献标识码：A 文章编号：1009-914X(2015)40-0038-01

一、引言

随着科学技术的发展和微电子控制技术的应用，步进电机作为一种可以精确控制的电机，广泛应用在高精密加工机床，微型机器人控制，航天卫星等高科技领域。

二、 步进电机的原理

步进电机是一种控制用的特种电机，它无法像传统电机那样直接通过输入交流或直流电流使其运行，而是需要输入脉冲电流来控制电机的转动，所以步进电机又称为脉冲电机。其功能是将脉冲电信号变换为相应的角位移或直线位移，即给一个脉冲电信号，电机就转动一个角度或前进一步。按励磁方式可以分为反应式、永磁式和混合式三种类型，本设计中选用的是反应式步进电机，其结构如图1所示。

这是一台四相反应式步进电机的典型结构。共有4套定子控制绕组，绕在径向相对的两个磁极上的一套绕组为一相，也就是说定子上两个相对的大齿就是一个相，电机按照A―B―C―D―A……的顺序不断接通和断开控制绕组，转子就会一步一步的连续转动。其转速取决与各控制绕组通电和断电的频率，即输入的脉冲频率。旋转的方向则取决与各控制绕组轮流通电的顺序。

三、步进电机的驱动控制

步进电机不能直接接到直流或交流电源上工作，必须使用专门的步进电机驱动控制器。步进电机和步进电机驱动器构成步进电机驱动系统。步进电机驱动系统的性能，不仅取决于步进电机自身的性能，也取决于步进电机驱动器的优劣。

步进电机的驱动方式有很多种，包括单电压驱动、双电压驱动、斩波驱动、细分驱动、集成电路驱动和双极性驱动。本设计选用的是恒频脉宽调制细分驱动控制方式，这是在斩波恒流驱动的基础上的进一步改进，既可以使细分后的步距角均匀一致，又可以避免复杂的计算。

四、恒频脉宽调制细分电路的设计

1、脉冲分配的实现

在步进电机的单片机控制中，控制信号由单片机产生。它的通电换相顺序严格按照步进电机的工作方式进行。通常我们把通电换相这一过程称为脉冲分配。本设计中选用8713脉冲分配器芯片来进行通电换相控制。

2、系统控制电路设计

步进电机控制系统主电路设计如图2所示。

从上图可以看出，8713脉冲分配器的5、6、7引脚均接高电平，所以这是一个控制四相步进电机按四相八拍运行的控制电路。8751单片机的P10和P11端口分别与8713脉冲分配器的3引脚和4引脚相连。由8751单片机的P10端提供步进脉冲，P11端则控制步进电机的转向，输出高电平，步进电机正传;输出低电平，步进电机反转。单片机依然是控制的主体，它通过定时器T0输出20kHz的方波，送D触发器，作为恒频信号。同时，由8713脉冲分配器的脉冲输出端输出的方波脉冲信号作为控制信号，它的方波电压的每一次变化，都使转子转动一步。

当8713脉冲分配器的脉冲输出端输出的方波脉冲信号Ua不变时，恒频信号CLK的上升沿使D触发器输出Ub高电平，使开关管T1、T2导通，绕组中的电流上升，采样电阻上R2上压降增加。当这个压降大于Ua时，比较器输出低电平，使D触发器输出Ub低电平，T1、T2截止，绕组的电流下降。这使得R2上的压降小于Ua，比较器输出高电平，使D触发器输出高电平，T1、T2导通，绕组中的电流重新上升。这样的过程反复进行，使绕组电流的波顶呈锯齿形。因为CLK的频率较高，锯齿形波纹会很小。

当Ua上升突变时，采样电阻上的压降小于Ua，电流有较长的上升时间，电流幅值大幅增长，上升了一个阶段，但由于这里输出的是方波信号而不是阶梯信号，所以只有一个上升阶段，也就是说这个“阶梯信号”只包含了一个阶，并没有把每一步细分成许多步，而是令输出脉冲信号上升和下降的坡度变大，使原本的方波输出变的圆滑，实现了控制信号类似梯形的平滑处理，如图3所示。

同样，当Ua下降突变时，采样电阻上的压降有较长时间大于Ua，比较器输出低电平，CLK的上升沿即使会让D触发器输出1也马上清零。电源始终被切断，使电流幅值大幅下降，降到新的阶段为止。

以上过程重复进行。Ua每一次变化，就会使转子转过一个细分步。

在这个电路中有一个最突出的特点，那就是用8713脉冲分配器所输出的脉冲信号取代了典型恒频脉宽细分电路中D/A转换器所提供的阶梯控制信号。这样的设计极大的简化了电路，并且降低了脉冲分配的控制难度。虽然用方波信号取代了阶梯波信号，使得单一相运行时的细分程度有所降低，但是由于步进电机的四相绕组是同进进行工作的，所以也可以达到了步进电机细分驱动控制的目的。

六、结束语

当前，步进电机的应用正不断深入到日常生活和工业制造的各个方面，并且国内外对步进电机及其控制技术的研究也在不断的进步。这些知识的掌握在今后的工作和生活之中将会起到非常积极的影响。

参考文献

[1] 吴守箴，臧英杰等电气传动的脉宽调制控制技术[M]北京： 机械工业出版社，2002

[2] 王晓明电机的单片机控制[M]北京航空航天大学出版社，2002

[3] 李建忠主编单片机原理及应用[M]西安：西安电子科技大学出版社，2008

[4] 李仁定主编电机的微机控制[M]北京：机械工业出版社，2004

[5] 黄勇，廖宇，高林基于单片机的步进电机运动控制系统设计[J]电子测量技术，2008，31(5)：150-154

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你需要做的不只是编写一段程序这么简单，在嵌入式中运行QT程序是需要环境支持的，步骤大体如下：

1 移植qte到嵌入式设备中，就是移植qt的嵌入式版本到嵌入式设备中，保证设备启动后可以正常进入到GUI模式

2 修改你现在的程序，用QT库画出一个小型的界面，上面有几个按钮

3 将按钮的点击事件与控制电机转速和方向的函数用信号与槽连接起来

4 编写Makefile文件，交叉编译，下载到板子中运行

建议楼主可以先在PC上编译，调试一下按钮的 *** 作可以不可以激活你实现的功能函数，然后在进一步下载的 *** 作。详细阅读相关帮助文档，也能帮你解决问题~ 祝愉快~

ORG 0000H

AJMP MAIN

MAIN: MOV A,#020H ；PC5口置1，绿灯亮，不工作

MOV DPTR,#8002

MOVX @DPTR,A

LCALL DELAY

LOOP:MOV DPTR,#8002

MOVX A,@DPTR

ANL A,#020H ；判断是否启动，若没启动则重新启动

JZ MAIN

MOV DPTR,#8002 ；判断工作模式；

MOVX A,@DPTR

ANL A,#01H

JNZ L1

MOV DPTR,#8002

MOVX A,@DPTR

ANL A,#02H

JNZ L2

MOV DPTR,#8002

MOVX A,@DPTR

ANL A,#04H

JNZ A,L3

L1: MOV DPTR,#DONE1 ；跳转到方式1的控制模型

JMP LP2

L2: MOV DPTR,#DONE2 ；跳转到方式2的控制模型

JMP LP2

L3: MOV DPTR,#DONE3 ；跳转到方式3的控制模型

JMP LP2

LP2：MOV DPTR,#8000 ；读入PA口设定的步数到R2

MOVX A,#DPTR

MOV R0,A

LP3: MOV DPTR,#8002 ；判断PC4口（正反转口）是否为0，为0电机反转

MOVX A,#DPTR

ANL A,#010H

JZ LP5

MOV A,#080H ；PC4不为0,正转，红灯亮

MOV R1,#00H

LP4: MOV A,R1 ；P1口输出电机模型

MOVC A,@A+DPTR

JZ LP3

MOV P1,A

LCALL DELAY

INC R1 ；控制步数加1

DEC R0 ；剩余步数减1

LCALL LED ；LED显示剩余步数

DJNZ R0,LP4 ；步数未走完，继续

RET

LP5:MOV A,#040H ；PC4为0，反转，黄灯亮

MOV R1,A

AJMP LP4

DONE1:DB 01H,02H,04H,00H,01H,04H,02H,00H

DONE2:DB 03H,06H,05H,00H,03H,05H,06H,00H

DONE3:DB 01H,03H,02H,06H,04H,05H,00H,01H,05H,04H,06H,02H,03H,00H

DELAY: MOV R2,#0

DELAY0: MOV R4,DELAY0

RET

DISPLY:MOV A,#30H ；(显示输出参考课本P68)

MOV DPTR,#8001

MOV @DPTR,A

MOV R2,#30H ；显示缓冲区首地址送R2

MOV R3,#04H ；位选码指向最左一位,第三位

DISPY1: MOV A,@R ；取出要显示的数

MOV DPTR,#SEGTAB ；指向换吗表首址

MOVC A,@A+DPTR ；取出显示码

MOV DPTR,#8001 ；从B口输出显示码

MOV A,R3 ；从P1口输入位选码

MOV P1,A

LCALL DELAY

MOV A,R3

JNB ACCO,DISPY2

RET

DISPY2:INC R2 ；求下一位待显示的数的存放地址

MOV A,R3 ；求下一个位选码

RR A

MOV R3,A

AJMP DISPY1

DELAY: MOV R4,#20 ；延时程序

DELAY1: MOV R5,#0

DJNZ R5,DELAY1

DJNZ R4,DELAY1

RET

SEGTAB:

DB

3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H ；对应字符0 ~ F，8段管显示码

END

以上就是关于步进电机控制技术论文全部的内容，包括:步进电机控制技术论文、ARM9，Linux系统上用QT编写步进电机控制程序的问题、步进电机步数控制系统设计（急）等相关内容解答，如果想了解更多相关内容，可以关注我们，你们的支持是我们更新的动力！