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畢業(yè)設計 開 題 報 告 課 題 名 稱 步進電動機驅動電路的分析及設計 院　 系 機電與自動化學院 專 業(yè) 班 20121131224 　　 姓　 名　 楊杰 評 分 指 導 教 師 江衛(wèi)華 武 昌 首 義 學 院 畢業(yè)設計開題報告撰寫要求 1.開題報告的主要內容 1）課題設計的目的和意義； 2）主要參考文獻綜述； 3）課題設計的主要內容； 4）設計方案； 5）實施計劃。 6）主要參考文獻：不少于5篇，其中外文文獻不少于1篇。 2．撰寫開題報告時，所選課題的課題名稱不得多于25個漢字，課題研究份量要適當， 研究內容中必須有自己的見解和觀點。 3.開題報告的字數(shù)不少于3000字（藝術類專業(yè)不少于2000字），其中，主要參考文獻綜述字數(shù)不得少于1000字，開題報告的格式按學?！侗究飘厴I(yè)設計/論文撰寫規(guī)范》的要求撰寫。 4. 指導教師和責任單位必須審查簽字。 5．開題報告單獨裝訂，本附件為封面，后續(xù)表格請從網上下載并用A4紙打印后填寫。 6. 此開題報告適用于全校各專業(yè)，部分特殊專業(yè)需要變更的，由所在院（系）在此基礎上提出調整方案，報學校審批后執(zhí)行。 武昌首義學院本科生畢業(yè)設計開題報告 學 生 姓 名 楊杰 學 號 20121131224 專業(yè)班級 電氣1205班 院（系） 機電與自動化 指導教師 江衛(wèi)華 職稱 教授 課題名稱 步進電機驅動電路的分析及設計 1. 課題設計的目的和意義 1.1 課程設計的目的 步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執(zhí)行機構。驅動器接收到一個脈沖信號后，驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度。首先，通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；其次，通過控制脈沖頓率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到涮速的目的。 (1). 了解步進電機結構及驅動電路工作原理； (2)．根據所選用的步進電機型號，設計驅動電路，根據電機的名牌參數(shù)，確定所選用驅動芯片 功率的大?。? (3).驅動電路為大功率器件，短路時易造成器件的損壞，為保護系統(tǒng)的安全，應設置相應的保護線路； 2. 主要參考文獻綜述 2.1國內外研究現(xiàn)狀 步進電機又稱脈沖電動機,是數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件,其功能是將脈沖電信號變換為相應的角位移或直線位移!且其輸出轉角#轉速與輸入脈沖個數(shù)頻率有著嚴格的同步關系 ,步進電機由于其本身的特點在具 體的應用中有利于裝置或設備的小型化和低成本,因而廣泛地應用在眾多的領域中并得以不斷的發(fā)展.雖然步進電機是一種數(shù)控元件,易于同數(shù)字電路接口,但是,一般數(shù)字電路的信號能量遠遠不足以驅動步進電機!必須有一個與之匹配的驅動電路來驅動步進電機,步進電機本體和步進電機驅動電路兩者密不可分地組成步進電機系統(tǒng)。多年來,隨著電力電子技術,自動化控制技術以及計算機網絡通信技術的發(fā)展,步進電機系統(tǒng)尤其是其中的驅動電路部分也不斷地發(fā)展,國內外圍繞步進電機驅動電路做了大量的研究與開發(fā)。 2.2驅動電源的發(fā)展及國內研制概況 步進電機驅動電源同步進電機本身是一個整體,其性能好壞直接影響步進電機系統(tǒng)性能的優(yōu)劣,現(xiàn)主要從以下兩個方面對其發(fā)展及國內研制概況進行論述。電源功放級使用元件情況, 驅動電源性能的好壞及可靠性,在很大程度上與末級功放所用的功率元件直接相關。最初使用的末級功放元件是可控硅,可控硅是一種脈沖觸發(fā)的開關器件,它突出的優(yōu)點是輸入功率小,輸出功率大,耐壓高#成本較低。在七十年代由于國內大功率高低壓晶體管較少,所以用可控硅為功率器件的驅動器曾一度占據主流。但是,可控硅雖然觸發(fā)簡單,但關斷困難。總的來看線路復雜,容易形成誤觸發(fā),可靠性差,不便于調試和維護,抗干擾能力不好!近年來隨著大功率晶體管的發(fā)展一般不再采用。晶體管具有控制方便,調試容易,開關速度快以及元件損耗小等優(yōu)點!并且由于采用先進的設計,晶體管的開關特性和耐壓過流能力有了相當大的改進。因而近幾年國內外絕大多數(shù)的驅動電源使用晶體三極管作為末級功放元件。 2.3存在的問題及對策 高低壓驅動電路在六十年代末出現(xiàn),是隨著對步進電機要求大功率驅動和高頻工作而出現(xiàn)的,這種電路主要是加大繞組電流的注入量以提高出力。而不是通過改善電路的時間常數(shù)來使矩頻性能得以提高,這種電路的特點是電流波形得到了很大改善,電機的轉矩特性很好,啟動和運行頻率得到很大的提高。由于繞組回路中的串接若干個較小的電阻,所以電源功耗較小,但由于電機旋轉反電勢,相間互感等因素的影響,易使電流波形在高壓工作結束和低壓工作開始的銜接處呈凹形,致使電機的輸出力矩有所下降。為了彌補高低壓驅動電路的高,低壓電流波形在連接處為凹形的缺陷,提高輸出轉矩。七十年代中期研制出斬波電路,該電路由于采用斬波技術,使繞組電流在額定值上下成鋸齒波形波動。電流繞組的有效電流相應的增加,故電機的輸出轉矩增大,能基本上保持恒定,而且不需外接電阻。取樣電阻又很小,因此,整個系統(tǒng)的功耗非常小,電源效率較高,因而恒流斬波電路應用相當廣泛。細分驅動電路在七十年代中期由美國學者首次提出,它是建立在步進電機的各相繞組理想對稱和距角特性嚴格正旋的基礎上的。它通過控制電動機各相繞組中電流的大小和比例,使步距角減小到原來的幾分之一至幾十分之一。實際上,加工誤差致使細分后的步距角精度并不高,但是,細分驅動能極大地改善步進電機運行的平穩(wěn)性,提高勻速性,減輕甚至消除振蕩近。幾年來,由于微處理機技術的發(fā)展,細分電路獲得了廣泛應用。 3. 課題設計的主要內容 3.1 二相步進電機驅動電路的設計 在數(shù)字電路中,大部分采用的是TTL電平[5] , 但TTL電平產生的脈沖卻不足以使步進電機轉動,所以,需要設計一種驅動電路對控制脈沖進行環(huán)形分配、功率放大,步進電機繞組按一定順序通電,使 電機運轉。同時,還需要一個控制器,用來產生一組具有相應時序和頻率的脈沖來控制電機轉動的方向和速度。步進電機有了驅動器和控制器后才可以正常工作。 通用的BYG系列二相步進電機一般都有6根引線,即六線式。二相六線式步進電機雖然又稱為單極性步進電機,但實際上卻能同時使用單極性或雙極性驅動電路。單極性或雙極性驅動電路的設計都可采用一片可在線編程的單片機AT89S52作為控制器,由達林頓功率管組成的電路作為驅動器。 步進電機原理圖 4. 設計方案 單極性是指步進電機線圈中電流的流動方向是固定的,線圈中的電流只按一個方向流動。步進電機的單極性驅動電路是使用4個晶體管來驅動步進電機的2組相位,電路結構如圖2所示?？梢?電路包含2組帶有中間抽頭的線圈,整個電機共有6條線與外界連接。2個繞組的中間抽頭Vdd1和Vdd2都接高電平VDD,然后根據其工作原理,再將電機其余4線的電平輪流拉低,通電順序依次為B→A→??B→??A,且4個狀態(tài)按順序周而復始進行變化時,步進電機就轉動;如果改變通電的順序,即當通電順序 為?A→B→A→B,且4個狀態(tài)也按順序周而復始進 行變化時,步進電機就逆向轉動。當步進電機運轉時,繞組線圈中的電流是依次按圖中標明的方向流動的,電流方向在運轉過程中不會改變。 因此,當控制器AT89S52的引腳P1.3、P1.2、P1.1、P1.輸出的脈沖時序依次為0001→0010→0100→1000時,其脈沖經過光耦隔離后,再通過達林 頓功率管實現(xiàn)功率放大,各個達林頓功率管輪流導通,產生相應的通電時序,從而帶動步進電機的正常轉動。改變輸出的脈沖時序即可實現(xiàn)電機反轉。 5. 實施計劃 （1）第七學期 第18-20周 查閱資料，翻譯外文資料，撰寫開題報告。 （2）第八學期 第 1 周 開題報告答辯。 （3）第八學期 第 2-7 周 深入擬定課程實施方案，進行深入研究。 （4）第八學期 第 8-10周 撰寫并提交初稿，根據老師建議修改論文，定稿。 （5）第八學期 第 11 周 畢業(yè)論文格式審查，答辯資格審查。 （6）第八學期 第12-13周 答辯前專項檢查，畢業(yè)設計/論文修改，完成答辯。 6. 主要參考文獻（不少于5篇，其中外文文獻至少1篇） [1] 許建國.電機與控制.武漢：武漢測繪科技大學出版社，2015， [2] 孫鶴旭。交流步進傳動系統(tǒng)。北京：機械工業(yè)出版社，2015； [3] 孫建忠，白風仙。特種電機及其控制。北京：中國水利水電出版社， 2015； [4] 陳堅。電力電子學─電力電子變換和控制技術。北京：高等學校出版 社，2014。 [5]王宗培,步進電動機的發(fā)展及建議[J].微電機,2014,37(4):47~49. [6] Manfred Schroeder《Dormancy of the one-chip computer---restore to the throne in theoperation way and improve anti- interference ability》，2014 指導教師意見 該生實驗準備工作充分，能手機比較詳實的中外參考文獻；進行實驗設計和準備工作，實驗材料準備充分，實驗計劃安排合理，并以開始論文撰寫的前期準備。希望繼續(xù)收集資料，完善實驗方案，早日開展實驗研究和論文撰寫，同意開題！ 指導教師簽字： 2016 年 3 月 4 日 答辯小組意見： 組長簽字： 年 月 日 教研室審查意見： 教研室負責人簽字： 年 月 日 院系審查意見： 院系負責人簽字： （公 章） 年 月 日 （此表由學生填寫，指導教師、答辯小組、教研室、院系簽署意見）