六位阀控制系统的设计本科论文.doc

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1、毕 业 设 计（论 文）说 明 书题目 六位阀控制系统的设计 V六位阀的数控系统摘 要本文题目来自对模拟移动床色谱的整个系统的自动控制。为使旋转阀同步的一步一步的转动，采用步进电动机驱动旋转阀的转动。在步进电机定位系统中，其前提是各定位单元能够稳定、可靠地工作。因此，为了使色谱分离设计顺利完成，必须对定位用的步进电机控制装置做仔细地研究。本文介绍的是步进电动机驱动的软件部分，主要设计内容包括：用软件代替环形分配器，电机的转速控制，键盘实现电机的点动或连续转动的控制，以及用光码盘来判断旋转阀的位置并判断是否有失步或过冲现象。其中，当步进电动机的细分角度越小，越有利于提高步进电动机的角位、点位及连

2、续控制方面的定位精度，越有利于远程控制，实现全自动化控制。同时，还可以大大提高步进电机的分辨率，大大改善步进电动机在动态运转时的特性。所以本文介绍了一种细分驱动的控制方法。通过以上几个部分的研究使我对步进电机的驱动控制问题有了较为深入的了解，为今后模拟移动床设计的改进建设打下了良好的基础，同时，研究结果表明了该控制装置用于色谱分离项目的可行性。关键词：模拟移动床色谱，步进电动机驱动，位置检测，细分驱动Six numbers of valve control the systemAbstractThis text topic come from to Simulated Moving Bed C

3、hromatography. For making revolve the one step of synchronous valve the one step of turn to move, adopt to Step Motor drive to revolve the valve to turn to move.In Step Motor engineering position system, its premise is each fixed position unit and can stabilize and work dependability.Therefore, Simu

4、lated Moving Bed Chromatography design to complete smoothly, must to fixed position use of Step Motor control the device does to study carefully.This text is introductive is a software part that Step motor to drive, the main design contents include: replaces the wreath form allotment machine with th

5、e software, the electrical engineering turns speed to control, the keyboard carry out the electrical engineering to order to move or become the dynamic control continuously, and use up the code dish to judge the position of revolve the valve and whether lose to pulse or lead the blunt phenomenon. Am

6、ong them, be to Step Motor to subdivide the angle more small, be advantageous to exaltations tread more into the Cape of the electric motor, order and continuous control of fixed position accuracy, be advantageous to more with the calculator machine, carry out full-automatic turn the control. At the

7、 same time, can also raise to Step Motor the resolution of the engineering consumedly, improves to tread consumedly into StepMotor at the dynamic state revolve of characteristic? So this text introduced a kind have subdivide the driving control method.The research that passes a part make me understa

8、nd towards the Step Motor to drive to control the problem to compare thoroughly, beating to descend the good foundation for the improvement construction that the aftertime Simulated Moving Bed Chromatography design, at the same time, study the possibility that the result expressed control equips to

9、used for the Chromatography separation item.Keyword: Simulated Moving Bed Chromatography， the StepMotor to drive, position examination, subdivide to drive 目 录摘 要Iabstract.II 1 概述11.1模拟移动床色谱11.1.1模拟移动床色谱简介11.1.2模拟移动床色谱原理11.2模拟移动床色谱技术关键31.2.1模拟移动床色谱系统设计3 1.2.2 模拟移动床色谱操作与控制31.2.3模拟移动床色谱填料的研制31.3模拟移动床色谱

10、操作特点31.4模拟移动床色谱应用32步进电动机52.1步进电动机简介52.2步进电动机工作原理63步进电动机微机控制83.1步进电动机的驱动控制与软件实施83.2用软件实现环形分配器的功能83.3步进电动机的速度控制93.4步进电动机的位置闭环控制103.5键输入显示子程序114步进电动机细分驱动技术1341步进细分原理1342 细分驱动方法1643程序框图18结 论21谢 辞22参考文献23 III1 概述1.1 模拟移动床色谱1.1.1 模拟移动床色谱简介六位阀的设计理念来自于化工方面的一种分离方法，模拟移动床色谱技术。模拟移动床色谱(Simulated Moving Bed Chrom

11、atography ,简称SMBC)技术是连续色谱分离技术的一种，它是模拟移动床技术和色谱技术的结合,是以模拟移动床的运转方式来实现连续色谱分离过程的，是现代化工分离技术中一种新技术。比起传统的分离工艺如蒸馏、萃取、重结晶等,它具有分离能力高、能耗低等优点，有利于热敏性及难分离物质的分离。与普通的制备色谱相比它具有连续化、总柱效高、流动相耗量少等优点。模拟移动床色谱技术是近代吸附分离技术的一项重要分支，70年代到80年代模拟移动床色谱主要用于石油及食品分离。90年代以来，模拟移动床色谱技术开始用于药物尤其是手性药物的分离。目前，国际上几个主要工业发达国家如美国、法国及日本都已出现了提供上述分离

12、技术的产业，如美国的UOP、AST，法国德国于前年联合建的NOVASEP（主要服务于药物分离和精细化工）及日本的SOKEN综合化学公司（Hi-Sep）。值得注意的是日本的SOKEN去年已开始占领韩国市场，最近正在与我国某公司谈判，准备提供上述分离技术。工业强国对这一领域的关注与投入，明确说明这种精细分离技术对未来的化工与药物生产的重要意义及重要的商业价值。模拟移动床色谱系统是使用电磁阀来控制进样口的变动,使进口与出口的位置沿流动相的流动方向有次序地移动,模拟了固定相与流动相的逆流流动,实现固定相的反复充分利用。模拟移动床技术与色谱技术相结合使色谱分离从间接变为连续,而色谱的高分辨率、低能耗、低

13、物耗、高温运行等优点继续保留。由于引进了精馏，回流机制使分离纯度提高，从而大大提高了效率，降低了成本。由于引进了连续机制，从而提高了产率。在模拟移动床色谱系统中，整个吸附床层由若干个互相连接的色谱柱组成。通过沿流动相的流动方向有次序的移动进口与出口的位置，从而有效的模拟了固定相与流动相的相对逆流流动。1.1.2 模拟移动床色谱原理SMBC是以色谱为操作单元的连续色谱系统,将多根色谱柱用多位阀和管子连接在一起,每根柱子均设有样品的进出口,并通过多位阀沿着流动相的流动方向, 改变样品的进出口位置,以此来模拟固定相与流动相之间逆流移动,实现两种组分的连续分离。SMBC的前身是移动进样口色谱,该系统的

14、进样位置通过多位阀不断向前更替, 模拟了逆流。这种模拟逆流系统,一方面保持了固定床的优点, 设备简单, 避免了实现填料真正逆流的困难；另一方面则体现了逆流的优点,能够更充分地利用填料,从而提高了分离效率。图1-1三带SMBC原理图图1-2四带SMBC原理图SMBC根据其结构特点可分为三带和四带。三带SMBC中各个串联柱连成一环路(如图1-1所示)在操作过程中，不但进样口位置不断向前更换,出样口位置也同样不断向前更换, 既模拟了逆流, 又实现了连续。但三带SMBC始终有一根柱子处于被清洗状态, 没有实现溶剂的循环。因此, 它实质上是一个周期运动的开环系统。四带S 进一步实现了溶剂的循环和组分的回

15、流(如图1-2所示) , 因此, 同时具有逆流与回流的机制, 分离能力更强, 而且由于溶剂的循环使用, 效率也更高。三带与四带SMBC 都是色谱进行规模化生产的重要方式。三带设备简单, 成本低, 但溶剂消耗大, 它是一种重要的规模化分离技术。1.2 模拟移动床色谱技术关键1.2.1 模拟移动床色谱系统设计SMBC设计过程的优化是一个重要问题, 如何使用最少的阀、采用最合理的连结方式配置各带, 以便使得系统的死体积最小、成本低、分离效率高, 是设计的关键。1.2.2 模拟移动床色谱操作与控制SMBC系统进行连续化和规模化生产中，组分的浓度较高，过程呈非线性，组分的保留时间与浓度有关。因此SMBC

16、系统分离条件的选择是一个有相当难度的问题,致使SMBC系统的预测与优控至今仍是该领域普遍关注的热点。1.2.3 模拟移动床色谱填料的研制色谱的核心是填料, 而色谱填料本身价格昂贵, 尤其是各种具有特殊功能的填料。在SMBC中进行规模化生产, 填料的需要量很大。因此, 如何降低填料成本,提高填料质量, 是SMBC发展中极其关键的问题。1.3模拟移动床色谱操作特点SMBC的操作与一般色谱不同。首先, 它的进样通过泵来控制, 进样过程与色谱冲洗过程同时进行, 每一个切换周期在一个进样口持续进样, 进样流速对过程有重要影响。其次样品出口由阀来控制, 四带SMBC系统的出样速度也由泵来控制。再就是检测,

17、 可以在线检测, 即在检测口测定其流出曲线, 也可以在线外分析产品浓度。1.4模拟移动床色谱应用SMBC技术开始主要应用在石油、食品等领域, 近年来也应用到精细化工, 包括农药、香精、光学材料和生物药物的分离。M ak i等用该技术分离了GSH和谷氨酸, 产品纯度达到99%。1992 年以来, 开始应用在外消旋药物的拆分, 即光学活性药物的生产。UOP也用该技术分离了心得安对映体, 产品纯度超过99%。预计在未来几年, 该技术在药物和精细化工领域有更广阔的应用前景。随着色谱分离在化工、医药、环保等领域的广泛应用，模拟移动床色谱日益受到人们的重视。由于现代医药、化工以及精细化工中对于对映体分离的

18、要求日趋迫切，SMBC已成为手性药物以及其它对映体分离的重要手段。随着技术的不断进步，模拟移动床色谱分离技术的应用范围也在扩大，新设备的建成和新理论模型的提出都不断推动着模拟移动床色谱分离技术的进步。因为旋转阀需要步进电动机驱动它一步一步的前进，所以本文详细介绍了采用以软件驱动控制步进电动机的设计方法和步进电机细分驱动的设计方法。2 步进电动机2.1步进电动机简介步进电动机是一种完成增量运动的电磁机械，它能将输入电脉冲信号转换成机械的运动量加以输出。当按照一定的程序对步进电动机的绕组输入直流脉冲时，步进电动机的输出步数总和输入指令的脉冲数相等。每一个主令脉冲都迫使步进电动机的转轴前进一个步进角

19、，并依靠它特有的定位转矩将转轴准确地锁定在指定的空间位置上。步进电动机是自动控制系统中的重要执行部件，是随着计算机控制系统的发展而逐步发展起来的。步进电动机已在许多工业控制系统中得到了应用，在计算机的外围设备（如打印机、卡片阅读机、主动轮驱动机构等）中总可以见到步进电动机。步进电动机也在数字控制系统、工具控制系统、程序控制系统中得到了广泛的应用。步进电动机是根据组合电磁铁理论设计的，力求个相绕组之间没有互感，定转子都采用凸极结构，不考虑空间磁谐波的有害影响，步进电动机种类很多，大体上可以分为反应式，永磁式，混合式和直线式四大类，其中反应式和混合式比较常用。反应式步进电动机是应用最广泛的一种步进

20、电动机。它是建立在反应转矩和组合电磁铁两大原则的基础上的，依靠改变电动机的磁组来产生电磁转矩，所以也称为变磁组式步进电动机。反应式步进电动机比较充分地反映出定位电磁铁的特点。这种电动机可以组成单段式或多段式。多段反应式步进电动机实质上是多个定位电磁铁在转轴方向的组合，其设计方法和技术指标仍停留在普通电磁铁的水平上。单段反应式步进电动机从结构和工作特性上都有了较大的改进。其定子磁场是一步一步前进的，称为步进磁场。定子磁场的步进角远大于转子的步进角，这种步进电动机实质是一种减速反应式同步电动机，也称为低速同步电动机。鉴于多数步进控制系统的驱动常采用的部件是反应式步进电动机，所以本设计采用的是反应式

21、步进电动机，它还可以分为三相、四相、六相。同一步进电动机有多种控制方式，例如：一台三相步进电动机可以有以下几种基本的控制方式： 若A,B,C三相绕组轮流导通，即ABC，那么每周期转子步进3次，称为单三拍制工作。若加宽每相导通时间，便个瞬时均有两相导通，即形成ABBCCA循环工作，称为双三拍。每周期也是三拍，每拍电动机转子步进一步。控制上也可采用单相，两相交替供电，即三相六拍制：AABBCCCA,便步距角减半，每转步数加倍。本设计采用的就是三相六拍制工作方式。2.2 步进电动机工作原理图2-1是一台反应式步进电动机的横截面。从图中可以看出，电动机的定子上有六个等分的磁极A、A、B、B、C、C，相

22、邻的两个磁极之间夹角为60度，相对的两个磁极组成一相（A-A,B-B,C-C），当某一绕组有电流通过时，该绕组相对的两个磁极形成N极和S极，每个磁极上有五个均匀分布的矩形小齿，电动机的转子上有40个矩形小齿均匀地分布在圆周上，相邻两个齿之间夹角为9度。 图2-1 三相步进电机结构示意当某一项绕组通电时，对应的磁极就产生磁场，并与转子形成磁路，如果这时定子的小齿和转子的小齿没有对齐，则在磁场的作用下，转子将转动一定的角度，将转子与定子的齿相互对齐。例如：在三相三拍控制方式中，A相绕组通电时，B、C相不通电，电动机内建立以AA为轴线的磁场。在磁场的作用下使转子齿和A相的定子齿对齐，而以此作为初始状

23、态。设与A相磁极中心线对齐的转子的齿为0号齿，由于B相磁极与A相磁极相差120度而不是9度的整数倍（120/9=13+1/3），即当A相磁极下定子齿对齿时，B相磁极上定子齿的轴线，沿ABC方向超前转子齿的轴线1/3齿矩；C相磁极上定子齿的轴线，则沿ABC方向超前转子齿的轴线2/3齿矩。所以此时转子齿没有与B相定子齿对齐，只是第13号小齿靠近B相磁极的中心线，与中心线相差3度。如果此时突然A相断电的同时，给B相断电，则建立以BB为轴线的磁场。此时，转子齿的轴线将力求与B相磁极上定子齿的轴线对齐，以达到稳定平衡位置，则B相磁极迫使13号转子齿与之对齐，转子就转动3度。，这样使电动机转了一步。如果按

24、ABC的顺序轮流通电一周，则转子将转动9度。步进电动机工作时，每接收一个步进脉冲，电机转子就旋转过一个固定角度。通常把步进电动机每走一步转过的角度称为步进电动机的步矩角。步进电动机工作在单相三拍方式时，其步矩角为3度，即三步走完一个齿矩；在三相六拍工作方式时，其步矩角为1.5度，为三拍时的一半，即六步走完一个齿矩。显然步矩角越小，定位精度越高。这就引起了怎样使步距角更小的问题,本文将在第四章作详细的介绍阐述细分的问题。3 步进电动机微机控制3.1步进电动机的驱动控制与软件实施步进电动机的工作过程一般由控制器控制。控制器按照自己的要求完成一定的控制过程，使驱动器按照要求的规律驱动步进电动机运行。

25、简单的控制过程可以用各种逻辑电路来实现，但线路一般较复杂，成本高，而且一旦成型，欲想改变控制方案就必须重新设计电路。自从微处理器问世以来，给步进电动机控制器设计开辟了新的途径。各种单片计算机的迅速发展和普及，为设计功能很强而且价格低的步进电动机开展器提供了先进的技术和充足的货源。用单片计算机可以用很低的成本实现很复杂的控制方案，而且由于单片机编程的灵活性，使修改控制方案成为轻而易举的事情，只要重新编程序即可。3.2 用软件实现环形分配器的功能正在这种方法中，突出优点是节省硬件，降低系统的成本，而且更改灵活，有利于系统的小型化。系统采用输出口的数据输出线直接控制步进电动机各相的励磁信号。环形分配

26、器的功能全靠系统内部软件来完成。由于本设计采用细分驱动,把三相步进电动机的每一相的电流分成四个阶梯输入,这样就由原来的三条输出线变为十二条。用8155的PA口八条和PB口四条共十二条输出线直接控制三相反应式步进电动机驱动器各相的输入信号，系统直接向输出口输出对应电动机励磁状态字节。这种方法需在内存RAM区域开辟一个区域存储环形分配器的输出状态表。系统软件按照电动机正反转的要求按正反顺序依次将状态表的内容取出送至电动机输出口，从而实现电动机励磁状态的转换。例如，在程序存储器从7E00H开始用二十四个字节存储三相反应式步进电动机正转三相二十四拍工作的状态表，并设低电平导通，高电平截止。在系统中,设

27、一个字节作为状态计数器R0,并按正反转要求执行加1或减1操作，就可以了。最大记数值为23。这种方法中,虽然状态表占据了一部分RAM空间,但是由于8155系统寻址可达64K字节,所以占用少量空间不会对系统造成影响。这种方法适用于控制任意类型的步进电动机。对不同的电动机及不同的励磁方式，只要输出口线数够用，则只需改变存储的状态表和修正计数器长度的值，硬件线路无任何变化。3.3 步进电动机的速度控制控制步进电动机的运行速度，实际上就是控制系统发出CP脉冲的频率或者换相的周期。系统可用两种办法确定CP脉冲的周期，一种是延时，一种是定时器。1 延时方法 这种方法是在每次换相之后，调用一个延时子程序，待延

28、时结束后再次执行换相子程序，这样周而复始，即可发出一定频率的CP脉冲或换相周期。延时子程序的延时时间与换相子程序所用时间的和，即是CP脉冲的周期。这种方法的优点是程序简单，占用片内资源少，全部由软件实现。调用不同的子程序，就可以实现不同的速度运行，即可实现连续转动。缺点是占用CPU时间太多，不能在运行中处理其它的工作。显然这种方法虽然简单，但也只能用于较简单的控制过程。2 定时器方法8031芯片内部有两个定时器，都是可编程的。利用定时器的定时功能可以产生任意周期的定时信号，从而可方便地控制系统输出CP脉冲的周期。8031芯片内部的定时器TIMER0及TIMER1都是十六位定时器，当定时器启动后

29、，定时器从装载的初值开始对系统机器周期进行加计数，当计数值产生溢出时，即从#FFFFH变为#0000H时，定时器产生中断信号，中止主程序的执行，系统转为执行定时器中断子程序。将电动机换相子程序放在定时器中断服务程序中，则定时器中断一次，电动机就换相一次，从而实现对电动机的速度控制。这种定时程序的方法只能产生不精确的定时。这是由于从定时器装载完重新起动开始至定时器申请中断总共经过的机器周期，而从申请中断到系统响应中断，再到中断服务程序中对定时器进行装载，都要花费一定的时间，这个时间形成附加的延时，导致电动机运行速度与设定不符。为实现精确定时，应该将上述时间都计算在内。为此，应将定时器TL0与TH

30、0两字节中已经计入的机器周期加在装载值的补码上。同时，在装载过程中需要停定时器，装载结束后再开定时器，实际的装载值也应把这段时间计算在内。本设计就是采用的这种控制速度的方法。3.4 步进电动机的位置闭环控制步进电动机的主要优点之一是能在开环系统中工作。在开环控制下，步进电动机受连续脉冲间具有预定时间间隔的脉冲序列所控制。这种运动方式由于控制线路经济简单，不需要反馈编码器和相应的电子线路，所以在很多位置和转速控制的应用中都是令人感兴趣的。对于任何常规的控制系统，只要能够符合精度稳定性标准，就可以采用这种控制线路。对步进电动机而言，关键在于电动机应能遵循每个脉冲指令，以便在控制运行结束时，所走的总

31、步数等于给定脉冲的总数。遗憾的时，在开环控制下，步进电动机的性能却常常受到限制。一般地说，一台步进电动机具有什么样的性能，在很大程度上取决于什么方法控制它。因为如果没有反馈，就无法知道电动机是否丢失脉冲，所以步进电动机的开环性能受到限制是理所当然的。输入脉冲的频率太高，电动机不能完全跟上脉冲的变化是屡见不鲜的。在每次上电时，步进电机转子的位置是随机，因此各阀的位置也是随机的，不能满足工艺要求。所以本设计采用步进电动机的位置闭环控制方法。绝大多数步进电动机闭环控制系统都是根据编码器的反馈脉冲确定电动机实际走过的步数。因此本设计在步进电动机的转轴上安装一个光码盘。光码盘脉冲和码盘的零位标志信号经接

32、收器分别引致INT1和T0引脚，8031的T0计数器记录码盘脉冲，用码盘的零位标志信号为T2清零。因为旋转阀每次旋转的空间角度为60度。因此，选择光码盘时应满足两个脉冲之间的间隔的角度为60的等分数，即60/（360/M）=N,其中M为码盘旋转一周的脉冲数；N为正整数。光码盘的作用：（1）根据记录的脉冲数可以判断出旋转阀的位置； （2）根据记录的脉冲数监控步进电动机是否出现了失步或过充象 ， 并判断出失步或过充多少步。 系统引入了光码盘，提高了自诊断功能，补偿步进电动机因失步或过冲所带来的系统误差，满足了系统精密定位的要求和可靠性。3.5 键输入显示子程序开始延时置8279工作方式置键盘扫描速

33、率清除LED显示恢复现场返回 设置8279显示初始状态(如图3-2所示)，步进电动机运行指令由键输入控制，软件的设计中主程序接受指令工作方式后调输出指令子程序，A键调用点动子程序，B键调用连续转动子程序，C键调用正转一步子程序，D键调用反转一步子程序，E键等待退出点动子程序。连续转动即设定欲走的步距数，在步距数不为零时反复调用正转一步子程序，延时子程序，即可实现连续转动。光码盘计数器判断是否已转60度，如果发现失步或过冲现象立即报警，修改角度，并通过显示子程序(如图3-3所示)显示下一位置。如果没有发现失步或过冲现象，直接通过显示子程序显示下一位置。图3-2设置8279子程序框图开始置显示起始

34、地址加位置偏移量设定显示位置置显示常数表起始位置查表显示数据返回图3-3显示子程序框图4 步进电动机细分驱动技术4 1步进细分原理通常，步进电动机每接收一个驱动脉冲，就会转过一个脉冲当量的角度，这个角度为步长，又称步距角。通常，由于受绕组等客观因素的制约，步进电动机的步长一般较大，有时难以适应步进角度要求更小的微量给系统；又由于步进电动机本身所固有的低频振动问题，使得步进电动机在振动及噪音环境下的应用受到限制。如何对步进电动机的步长过大和低频振动等不利因素通过驱动控制技术进行减轻和抑制，是步进电动机应用中得一个重要问题。在现有得步进电动机驱动技术当中，细分驱动是能够有效地解决上述问题的主要控制

35、方法之一，它主要是通过对步进电机的相电流进行阶梯化正弦控制，使电动机以足够小的单位步距角运行，从而降低步长和低频振动，增强电动机的输出转距，提高电动机的运行分辨率。步进电动机的细分驱动技术实质上是一种电子阻尼技术，在每次输入脉冲切换时，不是将绕组电流全部通入或切除，而是只改变相应绕组中额定的一部分，则从而使电动机转动的角度不是一个完整的步长而是原步长的一部分，而步进电动机的固有步长就被分解成了更小的步进单位。这里，绕组电流不是一个方波，而是阶梯波，额定电流是台阶式的投入或切除，电流分成多少台阶，则转子就以同样的次数转过一个步距角，这种将一个步距角细分成若干个台阶，则转子就可以同样的次数转过一个

36、步距角，这种将一个步距角细分若干步的驱动方法，称为细分驱动。对应于半步工作状态，状态转换表为AABBBCCCA,如果要将每一个细分成四步走完，则可将电动机每相绕组的电流分成四个台阶投入或切除。图4-1画出了四细分时各相电流的变化情况，横坐标上标出的数字为切换输入CP脉冲的序号，同时也表示细分后的状态序号。初始状态0为A相通额定电流，即ia=In,当第一个CP脉冲到来时，B相不是马上通额定电流，而是只通额定电流的四分之一，即ib=In/4,此时电动机的磁势由A相中In与B相中In/4共同产生。由图4-2(a)所示，可以看出合成磁势的旋转情况。状态2时A相电流未变，而B相电流增加倒ib=In/2；

37、状态3时ia=In,ib=3/4IN；状态4时ia=In,ib=In。未加细分时，从A到AB状态只需一步，而在细分工作时经四步才运行到AB，这四步的步距角为1、2、3、和4（见图4-2(b)）所示,这四步才走完半步状态工作时一步的步距角，即 1+2+3+4=b。图中还表示出从AB-B细分情况。不细分时完成状态转换一个循环走六步，即m1=6，电动机转角为=6b，细分后需24步才走完一个循环，即m1=24，电动机转角仍为6b。图4-1三相六拍四细分各相电流波形 (a)A-AB(b)AB-B图4-2细分时合成磁势的旋转情况 不细分时电机运行六拍时，每步的步距角理论上是一样的，即b=60（电度角），细

38、分后半距角为15，但上述细分方法各步的步距角理论值就不相同，其中由包含1的三角形中可以算出 tg1=(1/4cos30)/（11/4sin 30）可得 1=13.9由 tg（1+2）=(2/4cos30)/（12/4sin30）得 2=301=16.1由 tg（1+2+3）=(3/4cos30)/（13/4sin30）得 3=16.1同理 4=13.9可见,四细分时步距角有两个数值,即13.9及16.1。步距角不均匀容易引起电动机的振动和失步。如果要使细分后步距角仍然一致，则通电流的台阶就不应该是均匀的。如使1为15，则ib应满足 tg15=(ibcos30)/（Inibsin30）得 ib=

39、0.2679In同理可计算出2、3、4都为15时的ib值。i/In为通电相电流与额定电流的比值。它们的关系是较复杂。既不是线性，也不是正弦。对于整步工作状态，都是两相电流同时切换，有一相导通，另有一相截止。三相反应式步进电动机整步工作时状态转换表为ABBCCA。各步仍进行四细分，各相电流变化如图 4-3所示。由于整步工作步距角较大，要达到同样的细分步距需要较多的细数，使控制线路复杂化，因此应用教少，本文不再详述。图4-3整步工作四细分电流波形42 细分驱动方法 细分驱动需控制相饶组电流的大小。利用单电压串电阻的原理实现细分驱动可以有二种线路，其一是使功放管工作在放大区，利用集电极电流Ic与基极

40、电流Ib成正比的关系即可组成简单的细分电路，如图4-4所示，此时 Ib=（UbUbe）/Rb饶组电流 Ic=bIb=b（UbUbe）Rb为使功放管在饶组电流达额定值时也不进入饱和区，应满足In（R+Rs）UUceUce为功放管饱和压降。为使功放管在绕组电流为零时也不进入截止区，应满足此时Ub应略小于功放管基射结导通压降Ube，因为功放管工作在放大区，耗散功率很大，所以只适用小机座号的电动机。 图4-4线性放大细分 图4-5多路电流合成细分 要使功放管工作在开关状态，可用多路功放管对同一相饶组供电实现细分驱动，具体电路见图4-5所示，图中以回路为例。如果取4Rs1=3Rs2=2Rs3=Rs4=R

41、s，且设RsR，则任一路导通时，可为绕组提供电流U/Rs（Uce忽略不计），取U/Rs=In/4，就可实现四细分，额定电流时四个晶体管均导通。细分电路的实施，使步进电动机的细分技术提高到了超高精度细分的水平，为自动化控制、精瞄机床加工、高精度定位、自动测量、自动瞄准等众多的高新技术领域提供了一流水平的技术和产品。43程序框图初始化设置8279并显示判断是否有键按下读键并显示调用连续转动子程序读码盘计数器判断已转60度？显示下一位置调用显示子程序调用点动子程序报警子程序转动角度过冲？计算过失步数n2正转n2步计算过冲步数n1反转n1步开始YNNYYN图4-6程序流程图注：如图4-6所示，通过82

42、79显示子程序显示初始位置，并通过键输入子程序读键并调用指令子程序，A键为连续转动子程序，B键为点动子程序。通过光码盘计数器查脉冲数判断是否准确转过60。如果转动精确则通过显示子程序显示下一位置；否则立即报警，并通过查码盘脉冲数计算失步或过冲的步数，修改步数以至精确的位置。开始步距数=0?YN设定步距数返回正转一步延时步距数减1图4-7连续转动子程序开始判断正转或反转？正转一步等待E键退出点动返回反转一步图4-8点动子程序注(1)：如图4-7所示，设定一定的步距数让其旋转60，在步距数不为零时反复调用正转一步子程序，并调用延时子程序实现步进电动机以一定的速度转动。注(2)：如图4-8所示，在进

43、入点动子程序后，按要求执行正转或反转，C键调用正转一步子程序，D键为调用反转一步子程序，E键为退出点动子程序。结 论在整个毕业论文设计过程中，我主要围绕着如何在驱动步进电机的软件上实施，以及在此基础上实现步进细分。从方案的制定到软件的编写我都经过反复的思考，并且查看了很多的参考书籍和参考资料，以及得到了指导老师的从旁指导和大力支持。在本次毕业设计中，我进一步加强了自己的动手能力和运用专业知识的能力，从中学习到如何去思考和解决问题，以及如何灵活地改变方法去实现设计方案；特别是深刻体会到的是软件和硬件结合的重要性，以及两者的联系和配合作用。通过毕业设计，我既巩固了专业知识，又学到了在设计高精密仪器过程中的许多流程和该注意的事项，增强了产品开发的意识，是我在大学时期很好的一次实践和锻炼机会。