远程控制步进电机.doc

1 绪论(840307715) 1.1本项目的研究背景和意义 步进电机作为执行元件,是机电一体化的关键产品之一。步进电机是一种将电脉冲信号转化为角位移、直线位移的控制微电机。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控制电机转动的速度和加速度，达到调速的目的【1】。目前大部分的步进电机应用控制都是在本地现场进行,主要通过单片机或其它控制器现场发送电机控制脉冲对电机进行控制。随着计算机技术、通信技术、控制技术的发展,通过远程控制技术已能够实现对步进电机的控制。 远程控制就是通过某种通讯方式将步进电机与外界连接起来,使人们能够在本地或外地对步进电机进行控制。现今，将运动控制技术与网络技术有机结合已成为一个新的研究方向，通过运动参数及运动状态的传递，实现对运动控制系统的远程控制和监视，可以解决硬件资源紧缺等问题，实现多用户异地实时控制，易于实现集成化控制和管理工业控制环节中具有重要的意义。 2000年提出将模糊逻辑应用于步进电机的速度控制；Kef si Laid 等探讨步进电机位置伺服系统的神经网络控制；xiaodong zhang等和Chau , K. T. 等分别给出了步进电机微步控制方法；Bellini等于2007 年提出高性能步进电机的混合模式PWM控制技术； Msai , A. 等于2008 年研究一种基于DSP(数字信号处理) 的步进电机控制系统及其应用【3】。 目前控制器在实际应用中多采用如下方案之一构成：基于PC和微处理器；基于微控制器设计的专用集成电路；基于PC总线的开放式系统控制器和可编程数字逻辑器件；基于数字信号处理器（DSP）型。 国内对于控制器的研究起步较晚，运动控制技术是一门多学科交叉的技术，是一个以自动控制理论和现代控制理论为基础，包括电机技术、电力电子技术、微电子技术、传感器技术、控制理论和微计算机技术等不同学科的技术领域。运动控制技术是这些技术的有机结合体。华中－2000型数控系统是在国家八·五科技攻关重大科技成果。该控制系统中控制器采用通用工业PC机，具有多轴多通道控制能力。具有开放性好、结构紧凑、集成度高、可靠性好、性能价格比高、操作维护方便的优点。深圳市摩信科技有限公司独立开发的MCT－8000系列智能运动控制器，是国内技术比较成熟的控制器。摩信科技有限公司的MCT－8000系列产品，虽然己经应用于数控机床控制器、交/直流伺服机电控制器、步进电机控制器等控制系统，但多是为l-3轴产品。国家电工所曾在20世纪90年代初期成功开发了具有自主知识产权的产品三轴控制器。该控制器主要用于工业控制、机械加工等领域的运动控制，用户只需用PC机、控制器、放大器、电机，再加上必要的软件，即可很方便地构成一个控制系统【4】。总体上来说，国内研究取得很大的进步，但无论从控制器还是从控制软件上来看，与国外相比还是具有一定差距。 1.3 步进电机驱动研究概况 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。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。 步进电机驱动电源的环形分频器：步进电机驱动电源的环形分配器有硬件和软件两种放式。硬件环形分配器可以分为集成触发器型，专用集成电路芯片型和通用可编程逻辑器件型等。集成元器件的使用，使环形分配器的体积大大缩小，可靠性和抗干扰性能力高，并具有较好的响应速度，且直观，维护方便。软件环形分配器采用微型计算机用软件实现脉冲分配，但其受到微型计算机运算速度的限制，有时难以满足高速实时控制的要求。环形分配器需要根据步进电机的种类，相数和分配方式选择或设计【3】。 步进电机驱动电源的功率放大电路：由于环形分配器来的脉冲电流只有几毫安，而步进电机的定子绕组需要很大的电流（一般为1--10A），才足以驱动步进电机旋转。因此一般采用功率放大器将环形分配器送来的脉冲电流经行放大，且功率放大器的负载为步进电机的绕组，是感性负载，故与一般功率放大器相比，步进电机使用的功率驱动器有其特殊性，如电感较大会影响快速性，感性负载会带来功率管保护问题等。可见功率放大电路性能对步进电机的运行性能影响很大。驱动电路的核心问题是如何提高步进电机的快速性和平稳性。功率驱动器又有电压限流型驱动电路，高低压切换型驱动电路，斩波恒流驱动电路，调频调压驱动电路以及模块化的步进电机驱动器【6】。 1.4 步进电机步距角细分控制 为了提高数控设备等生产过程的控制精度，采用减小脉冲当量实现。减小脉冲当量有减小步进电机步距角，加大步进电机与传动丝杠间齿轮的传动比和减小传动丝杠的螺距以