1、控制方式的確定

步進電動機的控制相對準確，但是步進電動機的開環(huán)控制系統(tǒng)具有成本低，控制簡單，方便的優(yōu)點。 CP控制系統(tǒng)（使用單片機的步進電機開環(huán)系統(tǒng)）的脈沖頻率或換向周期實際控制著步進電機的運行速度。該系統(tǒng)可以通過兩種方式實現(xiàn)步進電機的速度控制。一個是延遲，另一個是時間。延遲方法是在每次換向之后調(diào)用延遲子程序，并在延遲結束后再次執(zhí)行換向，以便可以重復發(fā)送特定頻率的CP脈沖或換向周期。延遲子程序的延遲時間與換向程序所用的時間之和為CP脈沖周期，此方法簡單且消耗資源少。全部通過軟件實現(xiàn)。通過調(diào)用不同的子例程，可以獲得不同的操作速度。但是，這在CPU上花費很長時間，并且在運行時無法處理其他任務。因此，它僅適用于更簡單的控制過程。該定時方法利用單片機系統(tǒng)的定時定時功能產(chǎn)生任意周期的定時信號，可以方便地控制系統(tǒng)輸出的CP脈沖的周期。當計時器啟動時，計時器從加載的初始值開始對系統(tǒng)進行計數(shù)并開始計時，當計時器溢出時，計時器產(chǎn)生一個中斷，系統(tǒng)發(fā)送執(zhí)行計時器中斷子程序。將電動機換向子程序放入定時中斷服務程序中，在定時中止一次，對電動機進行一次換向，以實現(xiàn)電動機的速度控制。 定時時間增加是因為從裝入定時器到重新啟動定時器到應用中斷為止有一定的時間間隔，為減少定時錯誤并獲得正確的定時，需要重新裝入次數(shù)的初始值。應該對其進行相應的調(diào)整。重新安裝的調(diào)整后的初始值主要考慮兩個因素，一個是中斷響應所需的時間。第二個是重新安裝初始值命令所花費的時間，包括在重新安裝初始值之前中斷服務程序的任何其他命令元素。結合這兩個因素，重新安裝數(shù)量的初始值的數(shù)量量化為8個機器周期，因此計時時間應縮短為8個機器周期。使用定時中斷模式控制電機速度時，定時器負載值的大小實際上連續(xù)變化。在控制過程中，采用離散方法來逼近理想的加速和減速曲線。系統(tǒng)設計計算每個單獨點的速度，以減少在每個步驟計算載荷值的時間。

所需的負載值固定在系統(tǒng)的ROM中，系統(tǒng)在工作期間使用查找表方法查找所需的負載值，從而大大減少了CPU占用的時間并加快了響應速度。大多數(shù)步進電機運動控制系統(tǒng)由于成本低廉，因此可以在開環(huán)條件下運行，并且可以提供運動控制技術的獨特位置控制而無需反饋。但是，閉環(huán)控制也是一種選擇，因為某些應用需要更高的可靠性，安全性或產(chǎn)品質(zhì)量保證。這是實現(xiàn)步進電機閉環(huán)控制的一些方法。

1）步驗證，這是簡單的位移控制，它使用低值光學編碼器來計算步移動數(shù)。為了進行命令驗證，我們將步進電機與一個簡單的循環(huán)進行比較，以查看步進電機是否移至預期位置。

2）反電動勢，一種無傳感器的檢測方法，通過使用步進電機的反電動勢（eleCtromotiveforCe，emf）信號來測量和控制速度。當反電動勢電壓下降到監(jiān)視檢測水平時，閉環(huán)控制將轉(zhuǎn)換為標準開環(huán)以完成終位移。

3）完全伺服控制是指始終使用步進電機上的反饋設備（編碼器，解碼器或其他反饋傳感器）來更精確地控制步進電機的位移和轉(zhuǎn)矩。

其他方法包括一些制造公司使用的各種反電動勢控制電機參數(shù)的測量和軟件技術。在此，步進驅(qū)動器監(jiān)視和測量電機線圈，并使用電壓和電流信息來改善步進電機的控制。正阻尼使用此信息來阻止振動速度，生成更多可用的扭矩輸出，并減少扭矩的機械振動損失。無編碼器安裝監(jiān)視使用信息來檢測同步速度的損失。

傳統(tǒng)的步進電機控制一般采用反饋裝置和無感測方法，這是實現(xiàn)具有安全要求，危險條件或高精度要求的運動應用的有效途徑。

大多數(shù)基于步進電機的系統(tǒng)通常在開環(huán)條件下運行，因此我們可以提供廉價的解決方案。實際上，步進系統(tǒng)可以提高位移控制的性能，并且不需要反饋。但是，如果步進電機開環(huán)運行，則命令的步長和實際步長之間可能會失去同步。

閉環(huán)控制是現(xiàn)有步進控制的一部分，可以有效地提供更高的可靠性，安全性或產(chǎn)品質(zhì)量。在這樣的步進系統(tǒng)中，反饋設備的閉環(huán)或間接參數(shù)檢測方法可以糾正或控制失步，監(jiān)視電機停滯并確保更大的可用扭矩輸出。在不久的將來，步進電機的閉環(huán)控制（CLC）可能有助于實現(xiàn)智能分布式運動架構。但是，在開環(huán)操作中存在失步定位錯誤的風險。但是，與伺服系統(tǒng)中使用的編碼器相比，閉環(huán)步進電機的編碼器成本較低。因此，選擇了閉環(huán)控制。

2、驅(qū)動方式的確定

通常有兩種驅(qū)動步進電機的方法，一種是直接通過CPU驅(qū)動它，這通常是不合適的，因為CPU的輸出電流脈沖非常小，對于步進電機來說還不夠?；剞D(zhuǎn);另一種方法是通過CPU間接驅(qū)動以放大從CPU輸出的信號，然后直接或通過光電隔離間接驅(qū)動步進電機，這種方法更安全，更可靠。在這種設計中，您必須使用CPU間接驅(qū)動步進電機。編碼器提供的玉米卷餅發(fā)生器用作速度測量工具。由于您選擇了閉環(huán)控制，因此必須有一個反饋元素。通常有兩種類型的反饋元素。一種是使用同軸轉(zhuǎn)速計來反饋速度。返回，在顯示屏上顯示并調(diào)整步進電機。另一種是通過光學同軸電編碼器反饋步進電機的速度，以調(diào)整步進電機。將后者與步進電機進行比較。兩種設計相對簡單，便宜，安全，可靠，污染少。固態(tài)通常采用后者，并且僅使用光電器件作為反饋元件。

3、驅(qū)動電路的選擇

步進電機有幾種類型，但常用的是單電壓驅(qū)動器，雙電壓驅(qū)動器，斬波器驅(qū)動器，細分控制驅(qū)動器等。在步進電機控制中，單電壓驅(qū)動器是簡單的驅(qū)動電路，本質(zhì)上是單相逆變器。它的主要特點是工作效率低，特別是在高頻下，結構簡單。外部電阻器R消耗大量熱量并影響電路的穩(wěn)定性，因此通常僅用于低功率步進電機的驅(qū)動電路中。通常使用兩個電源電壓來驅(qū)動雙電壓驅(qū)動電路。兩個電源，一個用于高壓，另一個用于低壓，也稱為高壓和低壓驅(qū)動電路。雙電壓驅(qū)動電路的缺點是，電流的谷點出現(xiàn)在高壓和低壓連接中，這不可避免地降低了谷點處的轉(zhuǎn)矩。它不適用于電動機的正常運行。對于斬波電路驅(qū)動器，可以克服這些缺點，并且還可以提高步進電機的效率。因此，從提高效率的角度來看，非常好的驅(qū)動電路可以通過使用較高的電源電壓而無需外部電阻來限制額定電流并減小時間常數(shù)。但是，波形的頂部代表鋸齒波，該鋸齒波會產(chǎn)生較大的電磁噪聲。細分驅(qū)動器由脈沖電壓驅(qū)動。對于電壓脈沖，轉(zhuǎn)子可以旋轉(zhuǎn)一級。通常，根據(jù)電壓脈沖的分配方法，依次切換步進電動機的各相的繞組電阻。步進電動機的轉(zhuǎn)子可以旋轉(zhuǎn)。 用于細分控制的電路通常分為兩類，一類是使用線性模擬功率放大器獲得步進電流的方法，該方法簡單但效率較低。另一種方法是使用單片機通過數(shù)字脈寬調(diào)制方法獲得階躍電流，這需要復雜的計算才能使細分后的階躍角保持一致。但是，該設計需要相對較快的調(diào)節(jié)范圍以實現(xiàn)步進電動機的精度，因此必須選擇驅(qū)動器芯片（8713）進行驅(qū)動，并且可以通過軟件來調(diào)節(jié)步進電動機的速度。

4、基本方案的確定

由于該設計的要求，選擇了三相三位步進電機，并選擇了89C51作為單片機的控制器。我選擇使用8279驅(qū)動顯示器和鍵盤。我們選擇8713作為步進電機的驅(qū)動芯片，并通過光電耦合來驅(qū)動步進電機。然后，將步進電機的同軸光電編碼器用作反饋元件，反饋信號由CPU處理，然后顯示在顯示器上。但是，用鍵盤輸入的速度值應顯示在顯示屏上，該設計有兩行顯示，一行顯示給定速度，另一行顯示實際速度。系統(tǒng)的基本框圖如下：

圖1系統(tǒng)原理框圖