混合式直線步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計研究目錄摘要 ④線圈B通正向電流極3磁力最大，極4磁力相互抵消，近似為零，極1和極2水平方向的合電磁推力相互抵消，最早極3將會與齒5對齊，表現(xiàn)為由狀態(tài)3移動到狀態(tài)4，動子右移了τ2.3.2兩相同時激磁原理及分析上述為直線步進(jìn)電機(jī)采用單相激磁方式進(jìn)行工作的原理，但是當(dāng)驅(qū)動電機(jī)從表一工作狀態(tài)1過渡至工作狀態(tài)2時，由于兩個磁極下面的具有永久性的磁鐵所實際供應(yīng)的磁通在同時發(fā)揮作用，極和定子齒之間的實際磁力同時存在著比較大的轉(zhuǎn)矩，這將會阻礙動子接著朝下一個狀態(tài)移動。而當(dāng)線圈B通以一個正電流時，在線圈A中同時要通以另一個逆向電流，即我們稱之為兩相激磁，這樣便有助于使動子從當(dāng)前的狀態(tài)進(jìn)行過渡至接近下一個狀態(tài)。這同時也是兩相繞組同時進(jìn)行通電的主要優(yōu)勢。2.4等幅均勻細(xì)分控制2.3.1細(xì)分控制的必要性步進(jìn)電機(jī)工作時產(chǎn)生的振動及噪聲遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其他同類型電機(jī)，這種缺點的存在嚴(yán)重地限制了它的有效使用。而采用細(xì)分式驅(qū)動技術(shù)則可將步進(jìn)式電動機(jī)的脈沖進(jìn)行細(xì)化，減小步距，保證了電機(jī)在低速運轉(zhuǎn)時平穩(wěn)地正常運行，細(xì)分式驅(qū)動也在一定程度上有效地克服了以上兩個缺點。在電機(jī)的相數(shù)和極值都一定的條件下，這樣做能夠大幅度地提高電機(jī)的分辨率，實現(xiàn)準(zhǔn)確的定位。2.3.2細(xì)分驅(qū)動的實現(xiàn)細(xì)分驅(qū)動的基本思想便是在繞組電流切換的時候，不把電流全部切斷，而只切斷一部分，這樣就能保證合成磁場也只為原來的一部分，這樣步距也為原來步距的一部分，也就可以實現(xiàn)準(zhǔn)確定位，達(dá)到提高分辨率的效果。給A、B兩相繞組分別通入包絡(luò)線為余弦、正弦的階梯脈沖狀電流，則在0~π/2內(nèi)，當(dāng)B相繞組電流逐漸增大到最大值時，極4下的磁通便逐漸從?m/2增大到?m，同時由于A相電流由最大值減小到零，故極1下的磁通由?m/2減小到0。此時動子移動齒距的四分之一，也即包絡(luò)線變化一周期，動子移動一個齒距。假若一個周期的階梯脈沖電流有40個，則每個脈沖電流占9?，假定此時動子位置記為零，則經(jīng)過一個占9?的脈沖電流后，動子位置將會變成τ2.5控制技術(shù)的選取考慮到繞組電流可能不是很光滑，所以采用恒流斬波驅(qū)動技術(shù)使其變得平滑，從而保證直線步進(jìn)電機(jī)運行時平穩(wěn)。但由于選用的驅(qū)動器DM542S自帶有該功能，故不需要再去設(shè)置。而采取的細(xì)分驅(qū)動控制也不需要自己通過編程軟件去編寫實現(xiàn)，因為選用的DM542S帶有細(xì)分調(diào)節(jié)檔位，可以通過撥動開關(guān)選擇想要的細(xì)分檔位。

第三章混合式直線步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計3.1控制系統(tǒng)硬件設(shè)計一個完整的直線步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)硬件與軟件缺一不可，其硬件系統(tǒng)的組成如圖： 圖3.1系統(tǒng)硬件圖本課題為實現(xiàn)直線步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計，選用單片機(jī)作為控制器，選用的型號為STC89C52。采取手動復(fù)位方式，按下復(fù)位電路的按鍵，使與該電路項鏈接的復(fù)位引腳置為高電平，從而使系統(tǒng)復(fù)位。選用的鍵盤電路有兩種，一種為獨立鍵盤電路，有4個按鍵，一種是矩陣鍵盤電路，共有16個，二者相互結(jié)合使用。顯示電路采用LCD1602作為顯示器，用來顯示電路運行時的細(xì)分檔位、定位距離、速度檔位參數(shù)。驅(qū)動器則選用DM542S驅(qū)動器，該驅(qū)動器內(nèi)部帶有細(xì)分功能，只需要撥動細(xì)分檔位的開關(guān)即可，比較方便。而直線步進(jìn)電機(jī)則選用型號為42BYGH34-4041A的直線步進(jìn)電機(jī)。3.2硬件介紹3.2.1STC89C52單片機(jī)介紹圖3.2STC89C52引腳圖STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但是做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)的51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU

和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。3.2.2晶振電路該電路由11.0592MHZ的晶振組成，其電路原理圖如圖3.2所示，晶振的震蕩周期為時鐘周期，對于本課題選用的晶振來說，其時鐘周期為0.09s，對于本課題選用的STC89C52單片機(jī)來說，為12分頻，一個機(jī)器周期（即單片機(jī)執(zhí)行指令所需要的最小時間單位）被劃分為6個狀態(tài)周期、12個節(jié)拍，也即在該課題中，單片機(jī)的機(jī)械周期為(0.09×12)s，即1.08us。圖3.2晶振電路3.2.3復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位方式有兩種，一種為上電復(fù)位，上電復(fù)位：上電瞬間，電容充電電流最大，電容相當(dāng)于短路，RST端為高電平，自動復(fù)位；電容兩端的電壓達(dá)到電源電壓時，電容充電電流為零，電容相當(dāng)于開路，RST端為低電平，此時程序正常運行。另一個是手動復(fù)位，也是本課題所選用的一種方式。該電路與單片機(jī)的RST引腳相連接，按下按鍵可使單片機(jī)的系RST引腳置為高電平，而STC89C52單片機(jī)的復(fù)位引腳為高電平有效，故可實現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位。電路圖如圖3.3所示。 圖3.3復(fù)位電路3.2.4鍵盤電路鍵盤電路采用矩陣鍵盤與獨立按鍵相結(jié)合的形式，其中將獨立按鍵的掃描獲取鍵值放在定時器0里，用來在程序執(zhí)行其他程序的時候可以隨時停止，矩陣按鍵的掃描在放在主程序里。矩陣鍵盤的最大優(yōu)點是減少I/O口的占用，正常16個按鍵選用單片機(jī)的16個I/O，但采用矩陣鍵盤的方式只需要占用單片機(jī)8個I/O，減少了一半的I/O占用。其電路圖如圖3.4所示圖3.4矩陣鍵盤電路圖3.5獨立按鍵鍵盤電路3.2.5顯示電路顯示電路采取LCD1602作為顯示器，用來顯示運行過程的細(xì)分檔位，定位距離，速度檔位參數(shù)。LCD1602是一種工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16×02即32個字符，每個字符為5×7點陣。LCD1602液晶顯示原理LCD1602液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，該電路將VO引腳接在可變電阻上用以改變電壓值，從而改變對比度。這樣即可以顯示出圖形。其電路原理圖如圖3.5所示：，圖3.5顯示電路圖3.6LCD1602實物圖3.2.6DM542S驅(qū)動器圖3.1DMS542S外觀圖該驅(qū)動器在使用時將PUL+與DIR+一起連接在+5v電源上，PUL?與DIR?分別連接在單片機(jī)的P2^1和P2^2引腳上，，PUL?為脈沖信號輸入端，DIR?為方向信號輸入端。SW1到SW3可通過撥動檔位調(diào)節(jié)輸出電流，SW4可以選擇全流還是半流，SW5到SW8可以通過撥動檔位選擇細(xì)分檔位。GND與+V分別接在電源的COM與+24V接口用以對驅(qū)動器供電，A+與A?連接到直線步進(jìn)電機(jī)的第一相繞組，B+與B?連接到直線步進(jìn)電機(jī)的第二相繞組。3.3矩陣鍵盤原理及消抖措施矩陣鍵盤是單片機(jī)外部設(shè)備中所使用的排布類似于矩陣的鍵盤組，按鍵設(shè)置在行、列線交點上，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端，其中行線連接到單片機(jī)P1口的高四位，列線連接到單片機(jī)P1口的低四位，矩陣鍵盤的掃描方式有兩種，逐行或者逐列掃描，二者原理類似，但本課題選用的逐列掃描的方式，故只介紹逐列掃描的原理。先將P1口全部置1，再將P1^3口置0，此時順序去檢測P1口高四位的電平，若P1^7口為0，則說明S1鍵被按下，若P1^6口為0，則說明S5鍵被按下，若P1^5口為0，則說明S9鍵被按下，若P1^4口為0，則說明S13鍵被按下，這樣矩陣鍵盤的第一列信息便被獲取，接著將P1口全部置1，再將P1^2引腳置0，類似重復(fù)上述操作，便可得到第二列的鍵值信息，重復(fù)操作，便可得到16個按鍵的信息。3.3.1按鍵消抖在日常所使用的鍵盤均為機(jī)械按鍵，使用在我們按下或松手都不會使與按鍵相連接的引腳直接置0或者置1，而是在0與1之前來回跳動一段時間，然后再置0或者置1如果不對這種現(xiàn)象采取措施的話，對我們讀取按鍵信息的時候?qū)a(chǎn)生很大的干擾，為了消除這種干擾就要進(jìn)行按鍵消抖。按鍵消抖有兩種方法，一種為硬件消抖，常采用R-S觸發(fā)器或RC積分電路。但這種方式在按鍵較少時較為理想，按鍵多時硬件方法將導(dǎo)致系統(tǒng)硬件電路設(shè)計復(fù)雜化，硬件消抖將無法勝任，另一種方法為軟件消抖，也即本課題采取的措施，在每次讀取鍵值的時候，先延時20ms，待其穩(wěn)定了再進(jìn)行讀取，這樣便可以跳過在0與1之間抖動的部分了。3.4定時器0配置51單片機(jī)的定時器屬于單片機(jī)的內(nèi)部資源，其電路的連接和運轉(zhuǎn)均在單片機(jī)內(nèi)完成，一般可使用定時器用于計時系統(tǒng)，可實現(xiàn)軟件延時，或者使程序每個一定時間完成一項操作，還可以用來替代長時間的Delay(使程序在這一段時間執(zhí)行空操作達(dá)到延時的效果)，提高CPU的運行效率和處理速度。STC89C52單片機(jī)內(nèi)部有3個定時器，分別為T0,T1,T2,其中T0和T1與傳統(tǒng)的51單片機(jī)兼容，T2為此型號單片機(jī)所增加的資源。定時器在單片機(jī)內(nèi)部就像一個小鬧鐘一樣，根據(jù)時鐘的輸出信號，每隔一個機(jī)器周期，計數(shù)單元的數(shù)值就會加一，當(dāng)計數(shù)值達(dá)到一定值時會溢出，計數(shù)單元就會向中斷系統(tǒng)發(fā)出中斷申請，去執(zhí)行相應(yīng)的中斷程序，執(zhí)行完成后，再回來接著執(zhí)行中斷之前的函數(shù)。STC89C52單片機(jī)的T0有四種工作模式，模式0：13位定時器/計數(shù)器；模式1：16位定時器/計數(shù)器；模式2：8位自動重裝模式；模式3：兩個8位計數(shù)器；其中以模式1最為常用，而本課題所選用的定時器模式也是模式1。如圖3.10，為工作模式1的框圖。圖3.10定時器0的模式1：16位定時器SYSclk為系統(tǒng)時鐘，即晶振周期，本次課題選用的是11.0592MHZ的晶振。TCON為定時器控制寄存器，同時也鎖存T0、T1溢出中斷源和外部請求中斷源等，TCON格式如下：SFRnameAddressbitB7B6B5B4B3B2B1B0TCON88HnameTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0由于本課題僅使用了定時器0，故只對與T0相關(guān)的位做介紹：表1TCON的相關(guān)位簡介TF0定時器T0溢出中斷標(biāo)志。T0被允許計數(shù)以后，從初值開始加計數(shù)，當(dāng)最高位產(chǎn)生溢出時，由硬件置“1”TFO,向CPU請求中斷，一直保持CPU響應(yīng)該中斷時,才由硬:件清“0”TFO(TFO也可由程序查詢清“0”)。TR0定時器TO的運行控制位。該位由軟件置位和清零。當(dāng)GATE(TMOD.3)=0,TR0=1時就允許TO開始計數(shù)，TR0=0時禁止To計數(shù)。當(dāng)GATE(TMOD.3)=1,TR1=0且INTO輸入高電平時，才允許T0計數(shù)。IE0外部中斷0請求源(INT0/P3.2)標(biāo)志。IE0=1外部中斷0向CPU請求中斷，當(dāng)CPU響應(yīng)外部中斷時，由硬件清“0”IEO(邊沿觸發(fā)方式)。IT0外部中斷0觸發(fā)方式控制位。IT0=0時，外部中斷0為低電平觸發(fā)方式，當(dāng)INTO(P3.2)輸入低電平時，置位IEO。采用低電平觸發(fā)方式時，外部中斷源(輸入到INTO)必須保持低電平有效，直到該中斷被CPU響應(yīng)，同時在該中斷服務(wù)程序執(zhí)行完之前，外部中斷源必須被清除(P3.2要變高)，否則將產(chǎn)生另一次中斷。當(dāng)IT0=1時，則外部中斷0INTO)端口由“1”到“0”下降沿跳變，激活中斷請求標(biāo)志位IE1，向主機(jī)請求中斷處理。定時器/計數(shù)器到底是用來計數(shù)還是定時，這由特殊功能寄存器TMOD的控制位C/EQ\*jc2\*hps12\o\ad(\s\up11(___),T)行選擇，TMOD寄存器的各位信息如下表所列?？梢钥闯觯〞r/計數(shù)器有4種操作模式，通過TMOD的M1和M0選擇。注意，TMOD寄存器不可進(jìn)行位尋址。表2TMOD各位的名稱76543210GATEC/EQ\*jc2\*hps12\o\ad(\s\up11(___),T)M1M0GATEC/EQ\*jc2\*hps12\o\ad(\s\up11(___),T)M1M0在這里由于定時器0僅與TMOD的低四位有關(guān)，高四位為控制定時器1的，所以下面僅對該寄存器的低四位進(jìn)行介紹：表3TMOD中與定時器0相關(guān)位得功能位符號功能TMOD.3GATE控制定時器0，置1時僅有EQ\*jc2\*hps10\o\ad(\s\up11(_________),INT0)腳為高及TR0控制位置為1才可以打開定時器/計數(shù)器TMOD.2C/EQ\*jc2\*hps12\o\ad(\s\up11(___),T)控制定時器/計數(shù)器作為定時器還是計數(shù)器，該位為0則用作定時器，為1則用作計數(shù)器TMOD.1/TMOD.1M1、M0定時器/計數(shù)器0模式選擇0013位定時器/計數(shù)器，兼容8048定時模式，TL0只用低5位參與分頻，一是個8位全用0116位定時器/計數(shù)器，TL0、TH0全用108位自動重裝載定時器，當(dāng)溢出時將THO存放的值自動重裝入TL011定時器0此時作為雙8位定時器/計數(shù)器。TL0作為一個8位定時器/計數(shù)器，通過標(biāo)準(zhǔn)定時器0的控制位控制。TH0僅作為一個8位定時器，由定時器1的控制位控制。在知道以上信息之后，想要使用定時器0，便要先對其進(jìn)行配置，即為初始化。也即先將TMOD的前四位保持不變（本課題中變不變不影響，但如果要使用定時器1就必須要保持不變），低四位變成0001，TMOD配置完成后，便是對TCON寄存器的配置了，該寄存器可進(jìn)行位尋址，故先將第五位TF0置0，清零溢出標(biāo)志位，TR0置1，由于在TMOD的配置過程中以及將TMOD的第4位GATE置0，使用將TR0置1代表運行定時器0開始計數(shù)，TCON寄存器也配置完成，接下來便是對TH0和TL0賦初值來改變定時時間本次實驗賦初值賦的是64535，也就是說離溢出差1000個數(shù)，記一次數(shù)需要花費一個機(jī)器周期，由于選用的晶振為11.0592MHZ，且為12分頻，所以機(jī)器周期為1.085us，也就是說定時器定時時間為1.085ms。3.5LCD1602顯示原理3.6軟件設(shè)計本課題采用軟件編程的方式使直線步進(jìn)電機(jī)實現(xiàn)定位，勻速往返，其中定位的位置及運行的快慢可由鍵盤控制，并通過LCD1602顯示。圖3.1主程序流程圖如圖3.1所示，程序最開始先將LCD1602顯示屏和定時器0進(jìn)行初始化，這里講獨立按鍵掃描放在了定時器0里，接在調(diào)用LCD1602顯示函數(shù)在顯示屏上對應(yīng)位置顯示數(shù)字0，然后調(diào)用矩陣鍵盤顯示函數(shù)，并讀取相應(yīng)鍵值（S1按下，則讀取鍵值為1），若讀取得到有按鍵按下，則判斷按下的按鍵是1~6的哪一個，并執(zhí)行相應(yīng)程序，再通過一次判斷，限定相應(yīng)參數(shù)的范圍。然后用調(diào)用LCD1602顯示子函數(shù)顯示相應(yīng)參數(shù)。若沒有讀取到矩陣鍵盤被按下，則判斷獨立按鍵是否被按下，如果被按下，則通過讀取的鍵值判斷獨立按鍵K1和K2哪個按下（讀取鍵值為1則K1被按下，讀取鍵值為2則K2被按下），接著判斷參數(shù)x（細(xì)分檔位）的值為1，2，4，8的哪一個，如果K1被按下，則調(diào)用定位子程序，如果K2被按下，則調(diào)用往返子程序。在執(zhí)行往返子程序過程中，想要其推出程序運行，只需要按下K3鍵，便可退出。3.5.1定位控制 圖3.7電機(jī)定位子程序在執(zhí)行電機(jī)定位子程序時，首先將DIR置1，指定方向。接在索取該函數(shù)所需的參數(shù)，進(jìn)行初始條件的判斷，若條件成立，則執(zhí)行將PUL置1，然后調(diào)用延時子函數(shù)，延時speed毫秒，接著將PUL置零，調(diào)用延時子函數(shù)，延時speed毫秒，接著進(jìn)行變量i的自加，再進(jìn)行條件判斷，循環(huán)，若條件判斷不成立，則退出循環(huán)。3.5.2勻速往返控制圖3.9勻速往返子程序在調(diào)用勻速往返子程序時，先索取所需要的參數(shù)，定義一個變量k賦值1，進(jìn)行k是否為0的判斷，若為不成立，則將DIR取反，然后進(jìn)行初值i=0對判斷式的判斷，若成立，則將PUL置1，調(diào)用延時函數(shù)，延時speed毫秒，再將PUL置0；調(diào)用延時函數(shù)，延時speed毫，這時檢測key3是否被按下，如果被沒有被按下，則將i自加1，然后再進(jìn)行判斷式的判斷，接在循環(huán)執(zhí)行如若在循環(huán)的過程中檢測到key3被按下，則對i重新賦值，使其在執(zhí)行下一步程序時，一定不滿足判斷式的判斷，從而退出for循環(huán)，接著仍迅速接對著key3檢測，由于執(zhí)行時間較快，所以一般一定滿足判斷，從而對k賦值0，使其不滿足下一步的判斷，然后退出該子程序。

第四章混合式直線步進(jìn)電機(jī)的數(shù)學(xué)建模4.1直線步進(jìn)電動機(jī)的分析方法 直線步進(jìn)電動機(jī)分析的方法主要包括兩種集中參數(shù)電路理論法和一種分布式參數(shù)電磁場理論法。前者主要是用于對直線步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)分析，后者主要目的就是用于對直線步進(jìn)電機(jī)的動態(tài)分析，集中參數(shù)電路的理論方法主要目的就是把實際工作運行的直線步進(jìn)電機(jī)ADDINNE.Ref.{5581EF82-6B87-408F-BBAB-2E6524235CE6}[13]，用相對應(yīng)的等值電路進(jìn)行仿真和模擬。主要的優(yōu)點之一就是我們可以方便地利用計算機(jī)模擬技術(shù)的手段來深入研究和探討電機(jī)的工作和運行特性，把電機(jī)內(nèi)部復(fù)雜的電磁場問題精確地簡化為電路和磁道問題的解決，盡管這樣做會在設(shè)計上有一定誤差，但對大多數(shù)的工程問題，這樣的設(shè)計誤差都是允許的。分布參數(shù)法的電磁場理論法是利用電磁場的理論來分析計算的。因此，本章中我們主要利用集中參數(shù)的電路理論法來分析直線步進(jìn)電動機(jī)的動態(tài)性能。4.2混合式直線步進(jìn)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型的建立混合式直線步進(jìn)電機(jī)某相等值電路可采用如下電路表示圖4.1 直線步進(jìn)電機(jī)某相等效電路其中 R:相繞組回路的有效電阻；L:相繞組電感；e:相繞組中的反電動勢。假設(shè)極下氣隙磁導(dǎo)是位置的正弦函數(shù)，因此可得磁鏈ADDINNE.Ref.{DC80DA00-6572-4277-995F-2813B928B369}[14]：ψ（1）ψ（2）式中 ψmδ:電機(jī)的負(fù)載角，它是動子受到負(fù)載阻力而落后于它對應(yīng)平衡位置的電角度ADDINNE.Ref.{AEA79E11-23BE-47C9-AEED-4055CBB2FABB}[15]。對于兩相混合式直線步進(jìn)電動機(jī)A相繞組和B相繞組所加的電壓應(yīng)為一余弦信號和正弦信號。設(shè)UAUB當(dāng)A相繞組的電壓UA在0~2π期間從最大值下降到零時，B相繞組的電壓UB從零上升到最大值，這時動子如同同步電機(jī)一樣平滑均勻的向右移動τ1/4，因此在一個周期0~2π內(nèi)，動子移動一個齒距τ1ADDINNE.Ref.{03817281-D3EA-4AA6-828F-DCA7049615E8}[14]，故有ωt=其中x為動子移動的位移。因此各相繞組鏈到的磁鏈表達(dá)式可寫成:ψψ每相的反電動勢為:ee令ψm=kee由等值電路可得相電勢平衡方程式為：UU由上述式子可得：LL即dd考慮到輸入電壓和反電動勢的周期性，在半個周期內(nèi)，ωt∈[0，π]，考慮平均功率就可以了。令ωTT則一個周期的平均功率為：PPB在[0，2π]內(nèi)，電機(jī)的平均功率為:P=又P=Fv，F(xiàn)為電磁推力，v為同步線速度v=所以F=由上述式子可得直線步進(jìn)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型為：

4.3線性系統(tǒng)的仿真控制系統(tǒng)計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)是對現(xiàn)代設(shè)計工程設(shè)計的重要技術(shù)手段，它使得我們可以有效地排除實際系統(tǒng)的許多不良干擾因素，很快地分析得出系統(tǒng)的各種工作狀態(tài)，具有設(shè)計精度高，重復(fù)性好，通用性強(qiáng)等特殊技術(shù)優(yōu)點ADDINNE.Ref.{582D9A28-6258-4D9B-A4D7-47705EC5D8BF}[4]。在眾多的數(shù)學(xué)控制軟件中，現(xiàn)今已經(jīng)風(fēng)靡于國際的控制領(lǐng)域，最重要也甚至是最為普遍流行的一種計算軟件，是美國公司自主研究開發(fā)的大型數(shù)學(xué)計算軟件，它為使用者提供了強(qiáng)大的矩陣信號處理和測量繪圖的功能，并且編程簡單，易于學(xué)習(xí)者掌握。SIMULINK軟件是對該軟件的擴(kuò)展，主要適用于對系統(tǒng)的各種動態(tài)模擬和仿真，它與客戶端接口都是基于的一種圖形編程方法，直觀而且方便。用戶可以方便的調(diào)用工具箱中的函數(shù)，也可自定義模塊存入庫中，仿真參數(shù)選擇靈活，容易實現(xiàn)資源共享。本設(shè)計正是基于本設(shè)計正是基于下的仿真，通過編程S函數(shù)來對直線步進(jìn)電機(jī)微分方程的求解，從而建立其模型，實現(xiàn)對其力速特性的仿真。通過編程S-FUNCTION來對直線步進(jìn)電機(jī)微分方程的求解，從而建立其模型，實現(xiàn)對其力速特性的仿真。上節(jié)我們推導(dǎo)的混合式直線步進(jìn)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型:

圖4.2混合式直線步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)仿真圖4.3.1仿真結(jié)果由圖中的模型，我們進(jìn)行仿真，并調(diào)節(jié)圖中系統(tǒng)的參數(shù)，采用ode45仿真方法，其仿真結(jié)果如下：圖4.3ω=20，Um=10圖4.4ω=20，Um=15圖4.5ω=50，Um=15圖4.6ω=50，Um=15時i圖4.7ω=50，Um=15時i圖4.8ω=50，Um=15時e圖4.9ω=50，Um=15時e由圖4.3至圖4.5仿真結(jié)果我們可以清楚地看到，直線步進(jìn)電動機(jī)的電磁力強(qiáng)度是伴隨著步進(jìn)速度的增加(脈沖頻率增加)而下降的。其主要的原因之一就是隨著步進(jìn)速度的增加，每相繞組通電激磁的時間會逐漸縮短，由于各個繞組的電感和逆電動勢的作用，使得每個繞組的電流被建立了起來所需占用的相電流總時間的百分比逐漸增大，在電機(jī)高速工作時每個繞組的電流甚至在各個繞組的通電終止時還都來不及能夠達(dá)到它的額定值，因而導(dǎo)致各個繞組的電流有效值會逐漸下降，致使電機(jī)的電磁推力下降。但因為模型中的一些非線性量很難在仿真模型中體現(xiàn)，所以我們忽略了其非線性變化，所以仿真結(jié)果存在一些誤差。由圖4.6，4.7可以看出電流基本上是正弦函數(shù)曲線。

第五章總結(jié)與展望5.1課題的總結(jié)在當(dāng)今社會工業(yè)甚至日常生產(chǎn)過程中，直線步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛，既然應(yīng)用的廣泛，那么對它的控制系統(tǒng)及性能特性研究就必不可少，本課題通過對驅(qū)動控制的優(yōu)劣比較，最終選用細(xì)分驅(qū)動控制去控制直線步進(jìn)電機(jī)，選用細(xì)分驅(qū)動對繞