《 , ”们 年” 步进 电机微步驱动系统 山东交通学院信息系 王常顺 摘 要 步进电机区别于其他电机的优点是其转动的角度与输入脉冲数成正比 , 其转速由 脉冲信号频率决定 , 而且不会有积累误差 。由于这些特点 , 步进电机在开回路控制中得到了广 泛的应用 。 本文基于步进电机系统 , 设计了一种新型的高精度的步进电机微步驱动系统 。 通过 发送简单的控制命令 , 就可以控制电机实现高精度的运动 。 关键词 步进电机驱动 细分驱动 微步 , , 、 , , 中图分类号 〔 文献标识码 〕 文章编号 一 一 一 引言 步进 电机 系统在机器人 、机床加 方向等 , 具有较高的使用价值 。两相步进电机 序通 电换相 , 则电机就反转 。控制步 进 电机的速度 , 即给步进 电机发一个 工等系统中都有广泛的应用 。两相步进电机 步进电 机 区别于其 他控 制 电机 的 大特 点 工作原理 步进 电机是机 电控制 中一种常用 控制脉冲 , 它就转一步 , 再发一个脉 冲 , 它会再转一步 , 两个脉冲的间隔 是 , 它是通过输入脉冲信号来进行控 制的 , 即电机的总转动角度由输入脉 冲数决定 , 而电机 的转速由脉冲信号 频率决定 。它具有高精度的定位 、位 置及速度控制 、具定位保持 力 、动作 灵敏 、开回路控制不必依赖传感器定 的执行机构 , 它的用途是将电脉冲转 化为角位移 , 它的驱动 电路根据控制 信号工作 。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 , 控制换 相顺序 , 即通 电控制脉冲必须严格按 照一定顺序分别控制各相 的通 断 。通 过控 制 脉 冲个 数 即 可 以控 制 角位 移 量 , 从而达到准确定位 的 目的 。控制 步进 电机 的转 向 , 即给定工作方式正 越短 , 步进电机就转得越快 。同时通 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 。 驱动器设计 本设计 中的三轴步进 电机驱 动器 位 、中低 速 时具 高转矩 、高信 赖 性 、小型 、高功率等特征 , 使其具有 广泛的应用 。文 中介绍 了一种基于单 片机 的步进 电机驱动器 , 可 以通过计 通过串行 口 接受数据命令 , 根 据接收到的控制命令完成对电机的控 制 , 设计方案如图 所示 。方案 中采 用 单 片机 一 和 算机 串口控制电机的运行速度 、运行 序换相通 电 , 步进 电机正转 , 若按反 步进 电机驱动 芯 片来控 《 》 片机小系统原理如图 所示 。 步进电机 机 逻辑电 电 平转换 换 微步驱动 由于对步进电机控制的要求较高 , 而一般的步进电机通常都是 “ ,很 控制命令 令 单片机 步进电机驱动 动 步进电机 机 步进电机 机 难满足控制要求 。 这就需要对步进电 机的步进角做细分控制 。 在本设计中 图 组成结构框 图 选用了 生产的步进 电 , 机细分驱动芯片 , 其控制电压为 电机驱动电压可达 值电流 · · · , 峰 , 可实现 细分 。而 且该芯片具有自动电流控制 , 当步进 信号输入频率很低时 , 可以自动控制 电流减小 , 以便降低功耗 。图 所示 · · 户 · 〔 的一路电机控制的原理图 。 吕 韶黯 , 挑 界溶 陀 控制命令 在本控制器中使用的控制命令格 式为 · · · · ’孺 需 兮 , , … 。其中 “ ,, 为 命令起始符 , 每个命令内容都跟在这 个字符之后发送 。 “ ”为命令长 度 , 指本次发送 的命令包含的字节 数 , 其 中不包含命令起始符 。 “ ” 等都是命令内容 。 “ ” 为命令结 束符 , 此字符标示命令 内容结束 。 , 昌周 ‘ 歇 灿 簇貂撬气 气 图 单片机小系统原理 图 丫 为命令校验 , 其值为命令中命 令长度和命令内容的异或值 。 控制器 中主要分为三种控制命令 昌 过 旦 日赚 ,, 落〕 二 周 锹 予 佗 碍门 哪卜 “ 入 甘 暴 闰 巨、 工作方式控制命令 。用于设定 每路步进电机的细分数 、衰减方式及 自动力矩控制方式等 。 、 卜‘ ‘ 邸睽 ‘ 一八 电机控制方式命令 。用于设定 电机运行中是按照设定时间运行 、运 李 浮 ‘ 号 月 多 卜 行一定角度或者电机 自由运行直到收 到停止命令 。 电机运行控制命令 。用于控制 电机的启停 、加速 、两相步进电机减速等 。 梦 朋臀 图 电机控制原理图 制常见的两相 四线制或四相六线制步 进 电机 , 每轴控制一个步进 电机 。 位 架构 的单 片机 。该单片机片内资源较丰富 , 集 软件设计 考虑 到 系统 任 务并不繁重 , 本 控 制器 没有 嵌 入 操 作 系统 , 而是直 接 编 写代 码 实 现 的 。其 中串 口接 收 使 用的是 中断 方 式 , 每 接 收一 个 字 , 路 控制器选择 在本设计 中的控制器 需要 完成控 成有 , , 个定 时器 , 通道 制命令的接收 、步进 电机驱动 、电源 电压的监视等任务 , 综合可靠性等方 面的考虑 , 选用了 生产的 以及有独立片内振荡源的可编程 “ 看 门狗 ” 等片内外设 。而且其工作 电压 范 围较 宽 , 能够满足该 系统要求 。单 节产生一次 中断 , 根据命令长度当 下转第 页 《 凡 牙 》 年 月 从二 廿舀 抽 乙峨知口从 砚 口 二 下 了 口口 翻 ‘ · 鱿日匆卜 卜 匀峨 血 目们 加 刀 , 丈打峨 峨 灿囚日期山 双 恤阵雌 侧口决了 ,肠口 万 力 月 沁 引七沁 八 峨翔日扭 了 口口 叹 创 口口决了 图 画面 下方的 图 子程序 选项即可选择保护画 栏里可以选择哪 面,在 个用户被允许使用 。 表 人机界面程序中新建标记名 在完成组态以后 , 将程序文件下 载到 中 , 就可实现人机 界面对随行小车的控制 。 结束语 考虑到成本 , 一般的随行 、 车控制 用 子程序 。将程序 下载到 度值按 计算 。 系统很少选择人机界面功能和变频控制 中 , 再根据现场情况进行调试 。 由于在 中设置的速度的调节 , 因此在编写程序时要 见表 软件 在人机界面程序 中新建标记名 功能 。 但是选择这些功能后 , 可以对随 行 」 、 车的速度进行灵活调整 , 确保速度 调整的安全 险 , 提高总装车间的柔性生 范 围为 一 注意 以下两点 指令时 , 盯 使用 为变频器的速度设 。 为一个 , 输 出值 为 , 如图 所示 。 在人机界面程序中新建一个画 面 , 取名为 见图 产能力 , 降低设故障率 。 置值 , 范围为 一 图 画面 中 , 设置 了 个数字输入 作者简介 刘泉清 一 男 助 理 工程 师 , 汽车总装车间设管理领域 。 常 数 , 在 此设 置 为 乘以 框 , 要将这 个数字输人框分别与表 中的标记名对应 。在主启动画面 中要 调用 画面 。 为防止 操作人员对速度值误输入 造成故障 , 需要在程序 中设置防错保 护 。当设置的速度值 时 , 速度值按 为画面设置密码保护措施 进 参考文献 略 入 画面属性页 , 在属性栏 计算 当设置的速度值 时,速 可 以选择该画面是否需要保护 , 勾选 上接第 页 接 收 完一 条命 令 时 , 就 对接 收 到 的 开始 驱动系统能够达到很高的控制精度 , 而且满足不同的速度要求 。 命 令做 处理 , 根 据 命令 内容 完成对 电机 的控 制 。串 口中断服 务子 程 序 的流程 图如 图 所 示 。 读取串口缓冲区 区 作者简介 王 常顺 助教 , 船 舶 机 电控 制 方向 。 结束语 新令始 命开 返回 处命 继接 理令 续收 经过调试 , 所设计 的步进 电机微 步驱动 系统能较好 的达到控制 目标 , 参考文献 【 」 目前在摄像机云台控制 中取得 了很好 图 串 口中断服务子程序流程 图 控制效果 。实践证 明该步进 电机微动 《
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