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远程多轴步进电机控制驱动系统的研制

作　者: 孙永新
导　师: 王新
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 两相混合式步进电机 斩波恒流驱动 细分控制 升降速曲线
分类号: TM383.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 399次
引　用: 2次
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内容摘要


本课题来源于某雷达天线阵系统中天线调谐器的设计。由于步进电机是天线调谐器中传动机构的核心单元,因此本课题的主要设计目标实质是研究一种可应用于天线调谐器中的步进电机控制驱动系统设计方法。在对步进电机的结构特点、工作原理及主要的控制驱动技术做了详细的分析以后,结合课题的实际需要本文给出了一套可行的步进电机控制驱动系统设计方案。步进电动机突出的优点是它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,而且由其组成的开环系统既简单、廉价,又非常可靠,因此在众多领域有着极其广泛的应用。而步进电机的性能与控制驱动系统的好坏息息相关,所以研制一种高性能步进电机驱动器和控制系统具有重要的意义。本文首先对两相混合式步进电机的结构、工作原理、绕组的电气特性以及步进电机经常用到的术语等等这些步进电机相关的基础理论知识做了详细的介绍。然后,开始进一步讨论步进电机驱动系统的构成特点,列举了目前使用较多的几种步进电机驱动技术,并在性能上做了比较。其中重点叙述了斩波恒流驱动和细分驱动的原理和实现方法。本课题研制的步进电机控制驱动系统采用PC机作为上位机,单片机作为下位机,上位机能够可靠的将经过处理的控制指令和参数发送到下位机。下位机准确地识别指令,并通过驱动器驱动步进电机准确地完成定位运动,连续运动,启停等操作。同时下位机还能够监测驱动器的运行情况,对故障进行诊断和处理。步进电机的驱动器设计方面采用斩波恒流的驱动方式,并且对绕组中电流进行控制的过程中应用了电流矢量恒幅均匀旋转的细分控制技术,大大提高了步进电机的步距分辨力,减少了转矩的波动,降低了运行的噪声。此外,为了使步进电机的定位操作更加快速、精确,本文在运动控制程序的编写中还引入了升降速控制的思想。论文中对系统的设计方案、硬件构成、软件编程的基本思想等均做了详细的叙述。测试结果表明:本系统达到了系统设计前所提出的各项设计指标,运行安全可靠,通用性强。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-16
  1.1 课题背景  9-11
    1.1.1 课题来源  9
    1.1.2 课题研究的目的和意义  9-11
  1.2 步进电机驱动控制技术发展及现状  11-14
  1.3 论文研究的主要内容  14-16
第2章 步进电机的工作原理  16-25
  2.1 步进电机的特点和分类  16-18
  2.2 两相混合式步进电机的工作原理  18-24
    2.2.1 两相混合式步进电机的结构特点  18-19
    2.2.2 两相混合式步进电机的工作原理  19-20
    2.2.3 两相混合式步进电机的转矩星矢量分析  20-24
  2.3 本章小结  24-25
第3章 步进电机的驱动技术  25-38
  3.1 步进电机驱动控制系统简介  25-29
    3.1.1 步进电机驱动控制系统的构成  25-26
    3.1.2 步进电机驱动的特点  26-27
    3.1.3 步进电机绕组的电气特性  27-29
  3.2 步进电机的几种驱动方式及性能比较  29-34
    3.2.1 单电压驱动  30-31
    3.2.2 双电压驱动  31-32
    3.2.3 高低压驱动  32-33
    3.2.4 斩波恒流驱动  33-34
  3.3 步进电机的细分驱动  34-37
    3.3.1 细分驱动的原理  34-36
    3.3.2 细分驱动的两种实现方案  36-37
  3.4 本章小结  37-38
第4章 步进电机控制驱动系统的设计与实现  38-62
  4.1 系统的总体设计方案  38-40
  4.2 系统硬件的设计  40-53
    4.2.1 控制器电路  40-43
    4.2.2 斩波恒流驱动电路  43-46
    4.2.3 功率驱动电路  46-49
    4.2.4 过流保护电路和电源模块电路  49-51
    4.2.5 手持终端模块电路和通信转换模块电路  51-53
  4.3 系统软件的设计  53-61
    4.3.1 单片机软件的设计  53-60
    4.3.2 PC机应用程序设计  60-61
  4.4 本章小结  61-62
结论  62-63
参考文献  63-67
致谢  67

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 微电机 > 控制用微电机 > 步进式微电机
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