步进电机控制系统优化-开题报告-文献综述-参考文献

文献综述

步进电机控制系统主要有运动控制部件、驱动部件、运动执行部件组成。步进电机作为数字控制系统应用最为广泛的一种执行元件，具有控制简单、定位精度高、步矩无累积、步矩角选择范围大等优点。但也存在着失步、低频振荡、负载能力差、可靠性差、分辨率不高等缺点。目前，步进电机广泛应用于数控机床，绘图机，医疗设备，机器人等驱动控制系统中。随着电子技术、计算机技术、现代控制理论的不断发展和工业应用的不断深入，人们对步进电机应用系统提出了越来越高的要求，追求高精度的静态特性与高速度的动态响应特性成为新的研究热点。因此深入研究其控制系统以提高其控制性能具有重要的理论意义和工程实用价值。  

随着技术的进步，在控制方式上也有很大的突破。控制方式有开环和闭环两种。两者主要差别在于保持恒定的变量不同。由于开环控制电路时实际的负载位置相对控制器所计算出的理论位置将会出现永久误差，而闭环控制方式则显示出优越性。而在闭环控制系统控制方式的电机调速系统具有了数值运算、逻辑判断及信息处理的功能，从而使得电机具有高精度的静态特性和高速度的动态响应特性，有效避免丢步现象。而闭环控制系统在结构上可分为两类：（1）是以现有开环系统为基础，再加上传感器和控制器组成的步进电机闭环控制系统，这是现在最为常用的控制方式。（2）是完全闭环控制系统，由控制器直接控制绕组电流，并以步进电机的瞬时转矩为基础，从而实现对电机转矩控制。现在研究的完全闭环控制方式主要有两种：（1）是不带传感器而形成的闭环控制方式，以反电动势为代表。（2）是用不同传感器组成的反馈闭环控制方式。另外步进电机闭环控制系统正在向模块化、数字化、智能化方向发展。

随着电力电子和微电子技术的发展，驱动器研究方面有了很大进步。到目前为止，常用步进电机驱动技术一般有以下几种：（1）细分驱动，有步矩角变小，提高分辨率、定位精度、减少电机振东、高频输出转矩等优点。由于微处理技术的发展使细分驱动技术在驱动器中获得了广泛使用。（2）集成电路驱动，是一种专用驱动芯片，内部集成了驱动电路、脉冲分配器、保护电路等。有自行复位、控制转向使能、保护电路、减小控制器体积等优点，也是今后研究的方向。（3）单电压驱动，通过改变电路的时间常数以提高电机的高频特性。缺点是功耗大，只适于小功率和要求不高的步进电机驱动。（4）单电压串电阻驱动，可以提高步进电机的高频响应、减少电机共振，但存在损耗大、效率低的缺点。（5）高低压驱动，通过加大绕组电流注入提高矩频性能。（6）斩波恒流驱动，通过流过绕组的有效电流增加提高输出转矩，不需外加电阻，就可以达到降低损耗，效率较高。因此现在的得到广泛应用。（7）升频升压驱动，改善了恒流驱动方式的低频特性设计。

   在步进电机驱动软件方面。随着以MCS-51系列为代表的单片机的迅速普及，现在基于软件为核心的通用环形分配器获得了广泛应用，出现了以各类基于单片机、嵌入式单片机、DSP等的电机驱动软件。此类环形分配器仅需更换不同的软件即可适应各种电机而无需变更硬件，具有极大的灵活性。此外，在步进电机速度控制中，我们寻求的最佳升降速曲线是根据步进电机的动力学特性和矩频特性得到的，在数学上这种曲线是比较复杂的，人们很难找到一种硬件电路来模拟它，只能在一定频段内做一种大的近似来拟合，现在我们可以通过软件编程来精确的模拟升降速曲线，并且结合当前微机的强大计算功能可实现步进电机的最优化控制。

目前，国外对步进电机的控制和驱动的一个重要发展方向，比较典型的芯片有两类：一类芯片的核心是用硬件和微程序来保证步进电机实现合理的加减速过程，同时完成计长走步、正反转等。对于开环使用的步进电机，实现合理的加减速过程便可使其达到较高的运行频率而不失步或过冲。例如采用PPMC101B这种专用集成电路，可驱动3-5相电路，可选择励磁方式、转速精确，设定的转速范围宽、加减速的过渡时间及上升陡度可根据负载选定，此外还有单步运作和不同的停止方式等功能。另一类芯片的核心技术是实现细分技术。可以大大缩小驱动器的体积，明显提高整机性能。另外近年来，国外许多厂家相继推出了多种步进电机控制与驱动的芯片和多种不同功率等级的功率模块，仅由几个专用芯片和一个功率模块便可构成一个功率齐全、性能优异的步进电机驱动器。这样可以大大缩小驱动器的体积，明显提高整机性能。

    随着自动控制技术、计算机网络通信技术在众多领域中的进一步应用与发展，以及数字化、智能化技术的日益发展，步进电机将会在更加深入的领域中得以应用，并且驱动系统也随之发展，尤其是智能化应用技术方向的发展将会成为步进电机下一阶段的发展趋势。

二、^范文提纲

第1章  绪论

 1.1学术背景

1.1.1国内外研究现状

1.1.2步进电机控制的发展趋势

1.2相关技术发展现状及趋势

   1.2.1 步进电机驱动软件发展状况

   1.2.2控制方式发展状况及趋势

第2章  步进电机控制系统概述

  2.1步进电机控制系统组成

  2.2单片机控制步进电机控制系统

  2.3驱动控制系统组成   

第3章  硬件实现

3.1单片机

3.2硬件电路

3.2.1整体硬件结构

3.2.2电机转子位置检测电路

第4章 软件实现

三、参考文献

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