步進(jìn)電機(jī)如何利用PIC單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制設(shè)計(jì)？

步進(jìn)電機(jī)是一種離散運(yùn)動(dòng)的裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著緊密的本質(zhì)的聯(lián)系。步進(jìn)電機(jī)亦是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移或直線位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(又稱之為步進(jìn)角)，為此可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的;同時(shí)可以通過脈沖頻率來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。從以上所述可知，步進(jìn)電機(jī)是可以用脈沖信號(hào)直接進(jìn)行定位控制，由于其具有一定的精度，且控制線路簡單，使用方便、可靠;因此它廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)控制、數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備(掃描儀、磁盤驅(qū)動(dòng)器、打印機(jī))、照相機(jī)(包括光學(xué)照相機(jī)與數(shù)碼照相機(jī))，投影儀、數(shù)碼攝像機(jī)、放像機(jī)(VCD、DVD 等)、大型望遠(yuǎn)鏡、衛(wèi)星天線定位系統(tǒng)、醫(yī)療器械、條碼掃描儀以及各種可控機(jī)械工具等等。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步和電子技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域更加廣闊，同時(shí)也對步時(shí)電機(jī)的運(yùn)行性能提出了更高的要求。

單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)具有功能靈活多樣，脈沖輸出準(zhǔn)確，實(shí)時(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)，通過軟件設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制，其系統(tǒng)成本較低，近些年來已被廣泛應(yīng)用在各種不同的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中。在實(shí)際應(yīng)用中，若步進(jìn)電機(jī)在升降速時(shí)，脈沖頻率的變化不合理，就會(huì)使電機(jī)失步或者過沖，使系統(tǒng)無法做到精確定位;同時(shí)，由于系統(tǒng)快速性的要求，電機(jī)需要很快地完成加減速過程。這里設(shè)計(jì)了基于PIC單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，分析快速性最好的指數(shù)型加減速曲線在實(shí)際系統(tǒng)中的應(yīng)用規(guī)律，提出了一種升降速曲線的優(yōu)化方法，采用了硬件、軟件抗干擾技術(shù)措施?？梢酝ㄟ^鍵盤輸入數(shù)據(jù)與指令，并能通過旋鈕方便地實(shí)現(xiàn)電機(jī)的連續(xù)調(diào)速，實(shí)時(shí)設(shè)置與顯示步進(jìn)電機(jī)的工作方式。

步進(jìn)電機(jī)是一種將脈沖電流轉(zhuǎn)換為角速度的執(zhí)行器。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接受到一個(gè)差分信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)就按設(shè)置的方位旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定不動(dòng)的視角(橫距角)。根據(jù)控制單脈沖數(shù)量來控制角速度量，能夠 做到精確精準(zhǔn)定位;另外能夠 根據(jù)控制單脈沖頻率來控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)的速率和瞬時(shí)速度，做到變速的目地;能夠 根據(jù)更改各相的接電源次序，控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方位。

步進(jìn)電機(jī)的特性

1、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角速度與脈沖信號(hào)嚴(yán)苛正相關(guān)，因而，它沒有總計(jì)偏差，具備優(yōu)良的追隨性。

2、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)性回應(yīng)快，便于起停、正反轉(zhuǎn)及調(diào)速。

3、速率可在非常寬的范疇內(nèi)光滑調(diào)整，低速檔下仍能確保得到很大轉(zhuǎn)距，因而，一般能夠 無需降速設(shè)備而立即驅(qū)動(dòng)器負(fù)荷。

4、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)只有根據(jù)脈沖電源供電系統(tǒng)才可以運(yùn)作，它不可以立即應(yīng)用交流電和直流開關(guān)電源。

根據(jù)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)所要完成的功能，軟件程序主要有：故障中斷處理程序、定時(shí)移位中斷程序、步進(jìn)控制信號(hào)中斷處理程序、相序刷新和通信處理程序、升降速曲線自適應(yīng)控制處理程序。

步進(jìn)電機(jī)由于是由脈沖信號(hào)控制的，所以完全可以采用開環(huán)控制方式，這在精度要求不高的場合，不失為一種簡單、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)而可行的技術(shù)方案。但是，在開環(huán)控制的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，其輸入的脈沖不依賴轉(zhuǎn)子的位置，而是事先按照一定規(guī)律給定的，控制系統(tǒng)不能跟隨運(yùn)行頻率和負(fù)載大小而調(diào)整其控制參數(shù)，這就給步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)運(yùn)行帶來一些不利因數(shù)，特別是在低頻、中頻的某些頻率點(diǎn)，將會(huì)出現(xiàn)振蕩，而在高頻區(qū)又將出現(xiàn)電磁力矩下降的情況;振蕩和電磁力矩的下降都有可能造成失步和位置控制不準(zhǔn)的后果。

閉環(huán)反饋控制加自適應(yīng)控制是直接或間接地檢測轉(zhuǎn)子的位置和速度，通過反饋和自適應(yīng)處理，按照優(yōu)化的升降運(yùn)行曲線，自動(dòng)地發(fā)出驅(qū)動(dòng)的脈沖串，不僅可使步進(jìn)電機(jī)的拖動(dòng)力矩特性有顯著提高，可獲得更精確的位置控制和較高較平穩(wěn)的轉(zhuǎn)速，而且可以使步進(jìn)電機(jī)在許多其他領(lǐng)域內(nèi)獲得更大的通用性與實(shí)用性。