搜索
本科毕业设计论文题目基于Proteus的步进电机闭环控制仿真所在系电气与信息工程学生姓名王栋专业电子信息工程班级电信902学号09010053指导教师金印斌2013年6月西安交通大学城市学院本科生毕业设计（论文）摘要I摘要步进电动机是一种将脉冲信号变换成相应的角位移(或线位移)的电磁装置，因为步进电机不需要A/D转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，所以被认为是理想的数控机床的执行元件，由于其精确性以及其良好的性能在实际当中得到了广泛的应用。本文介绍了以51系列单片机AT89S51为控制核心所设计的步进电机控制系统，从系统的硬件仿真电路以及软件的设计方面实现了对步进电机的控制。并且由传感器FC-SPX302采集转速数据进而进行关于速度的闭环控制，经过仿真验证电路证明，该仿真控制系统的随动性能好，抗干扰能力强，稳定性好。关键词：步进电机，闭环，控制西安交通大学城市学院本科生毕业设计（论文）IIABSTRACTIIIABSTRACTSteppermotorisapulsesignalisconvertedintothecorrespondingangulardisplacement(orlineardisplacement)ofelectromagneticdevices,becausestepmotordoesnotneedA/Dconversion,digitalpulsesignalcanbedirectlytransformedintoangulardisplacement,soItisconsideredtobeanidealactuatorofCNCmachinetools.Becauseofitsgoodperformanceandaccuracyinpracticehasbeenwidelyapplied.Thispaperintroducesto51seriesmicrocontrollerAT89S51ascontrolcoredesignofsteppingmotorcontrolsystem,Fromthehardwarecircuitsimulationandsoftwaredesignandimplementationofsteppermotorcontrol.AndusetheacquisitionspeeddatasensorFC-SPX302tomakeupaclosed-loopofspeedcontrolsystem.Throughthecircuitsimulationprove,,dynamicperformancewiththesimulationofthecontrolsystem,stronganti-interferenceability,goodstability.KEYWORDS:Steppermotor，Closedloop，Control西安交通大学城市学院本科生毕业设计（论文）IV目录V目录1绪论..............................................................11.1步进电机国内外研究现状........................................11.2研究主要内容及其意义..........................................21.3步进电机的单片机控制优点......................................32步进电动机的介绍..................................................52.1步进电动机的基本原理..........................................52.2步进电动机分类................................................52.3步进电机的一些基本参数........................................52.3.1电机的拍数................................................52.3.2电机固有步进角............................................62.3.3步进电机的相数............................................62.4步进电机结构..................................................62.4.1步进电机的旋转............................................72.5步进电动机的控制原理..........................................72.5.1换相顺序的控制............................................82.5.2步进电动机的转向控制......................................82.5.3步进电动机的速度控制......................................82.5.4步进电动机的位置控制......................................82.6步进电动机的特点..............................................93主要芯片介绍.....................................................113.189S5L单片机简介..............................................113.1.1单片机的引脚功能.........................................113.1.2单片机的主要特性.........................................113.2L298简介....................................................123.2.1L298的原理...............................................123.2.2L298概述.................................................123.3光电开关.....................................................144硬件设计.........................................................154.1总体设计方框图...............................................154.2系统仿真图...................................................154.3步进电动机的控制方式选择.....................................164.4步进电动机的驱动方式选择.....................................17西安交通大学城市学院本科毕业生（论文）VI4.5键盘电路设计.................................................174.5.1键盘原理图...............................................174.5.2键盘功能.................................................184.6显示电路.....................................................184.7测速电路.....................................................195软件设计.........................................................215.1PID控制算法.................................................215.1.1位置式PID的控制算法.....................................215.1.2增量式PID的控制算法.....................................225.2主程序.......................................................236实验结果及分析...................................................256.1测量转速与实际转速比较.......................................256.2结论.........................................................25总结...............................................................27致谢...............................................................29参考文献...........................................................31附录A电路原理图（PROTEL）........................................33附录B电路仿真图（PROTEUS）.......................................34附录C程序........................................................351绪论11绪论1.1步进电机国内外研究现状步进电动机是一种新型增量式电机，是数字控制系统的一种执行元件。它是利用电脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的电动机。它的位移与输入脉冲信号相对应，步矩误差不长期积累，不需用电刷，电机本体部件少，易于启停、正反转及变速。用步进电机作为驱动装置构成的控制系统，具有成本低，控制简单，容易维护等优点。步进电动机问世后，广泛地应用在等各个领域。做为机床控制、电子瞄准、工业自动化、办公自动化和机器人运动控制中应用的重要执行部件，显示出广阔的发展前景。步进电动机有多种不同的结构。经过近七十多年的发展，逐渐形成以混合式和反应式为主的产品格局。混合式步进电动机是在同步电动机或者说是在永磁感应子式同步电动机的基础上发展起来的。既有反应式步进电动机基于气隙磁导变化的特征，又有轴向恒定磁场的永磁式步进电动机的特征。其综合了该两类步进电动机的特点，因而性能更好。具有分辨率高，控制功率小等优点，是应用最为广泛的步进电动机种类，至今没发现更合适取代它的产品。缺点是带惯性负载能力差，低频振荡现象严重，高频运行时输出转矩下降。国外步进电动机研究较早，对步进电机驱动技术的研究一直很活跃，如今正在研究开发以步进电动机为执行机构的高性能伺服系统。目前，这类电动机最大的生产国还是日本。日本有很多公司生产，像JAPANSERVO，SANYODENKI等。它们的产品无论是外观质量，内部性能指标，还是生产手段，都处于世界先进水平。而在我国，步进电动机的研制最早始于1958年。经过五十年的发展，目前发展趋于平缓，与国外相比，反应式步进电动机还占大量比例，只是随着近年来大批进口设备大量涌入我