两坐标步进电机控制器设计文献综述

 2022-08-05 15:06:59

基于单片机的两坐标步进电机控制系统设计综述

一、前言

步进电机可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。步进电机作为控制执行元件,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和精密机械等领域。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。步进电机和普通电动机不同之处是步进电机接受脉冲信号的控制。现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机和单相式步进电机等。其中反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成,定子上有多相励磁绕组,利用磁导的变化产生转矩。现阶段,反应式步进电机获得最多的应用。步进电机和普通电机的区别主要在于其脉冲驱动的形式,正是这个特点,步进电机可以和现代的数字控制技术相结合。不过步进电机在控制的精度、速度变化范围、低速性能方面都不如传统的闭环控制的直流伺服电动机。在精度不是需要特别高的场合就可以使用步进电机,步进电机可以发挥其结构简单、可靠性高和成本低的特点。使用恰当的时候,甚至可以和直流伺服电动机性能相媲美。

二、主题

(1)国内外常见步进电机控制系统

1.基于电子电路控制

步进电机受电脉冲信号控制,电脉冲信号的产生、分配、放大全靠电子元器件的动作来实现。由于脉冲控制信号的驱动能力一般都很弱,因此必须有功率放大驱动电路。步进电机与控制电路、功率放大驱动电路组成一体,构成步进电机驱动系统。此种控制电路设计简单,功能强大,可实现一般步进电机的细分任务。这个系统由三部分组成:脉冲信号产生电路、脉冲信号分配电路、功率放大驱动电路。

此种方案即可为开环控制,也可闭环控制。开环时,其平稳性好,成本低,设计简单,但未能实现高精度细分。采用闭环控制,即能实现高精度细分,实现无级调速。闭环控制是不断直接或间接地检测转子的位置和速度,然后通过反馈和适当的处理,自动给出脉冲链,使步进电机每一步响应控制信号的命令,从而只要控制策略正确电机不可能轻易失步川。

该方案多通过一些大规模集成电路来控制其脉冲输出频率和脉冲输出数,功能相对较单一,如需改变控制方案,必须需重新设计,因此灵活性不高。

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