基于步进电机的转速测试系统.docx

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1、基于步进电机的转速测试系统mahaiyan导语：介绍基于步进电机的转速测试系统的构成、工作原理和调速方法。摘要：介绍基于步进电机的转速测试系统的构成、工作原理和调速方法。关键词：转速；步进电机；单片机航空领域的转速表多用来测量和指示发动机涡轮轴的转速。它由传感器和指示器两局部组成。传感器本质上是发电机，在涡轮转轴的带动下，发出三相沟通电,频率与转轴的转速成正比。指示器一般由电动机、传动机构和表头组成。电动机的转速与沟通电的频率成正比,因此，通过指示器就可指示出发动机涡轮轴的转速。在以往的转速表测试中，常用直流电机和锁相环组成电机调速系统。直流电机仿真发动机涡轮轴的转动,通过测量直流电机的转速来

2、测试转速表工作是否正常。由于锁相环在调速经过中存在转速漂移和累积误差等因素，故在转速表测试的全量程范围内，其测试精度不高，测试的结果可信度差。1步进电机的原理步进电动机或者称脉冲电动机，是一种输入脉冲信号转换成输出轴的角位移或者直线位移的执行元件。这种电动机每输入一个脉冲信号，输出轴便转动一固定的角度，输出轴转过的总角度与输入脉冲数成正比，输出轴的转速与脉冲频率成正比。2步进电机的特征1高精度的定位：步进电机最大特征即是可以简1单的做到高精度的定位控制。以相步进电机为例：其5定位根本单位分辨率为全步级半0.72/0.36步级，是非常小的；停顿定位精度误差皆在分3以内，且无累计误差，故可到达高精

3、度的定位控0.05步进电机的定位精度是取决于电机本身的机械加工制精度。2位置及速度控制：步进电机在输入脉冲信号2时，可以依输入的脉冲数做固定角度的旋转进而得到灵敏的角度控制位置控制，并可得到与该脉冲信号频率成比例的旋转速度。3具有定位保持力：步进电机在停顿状态下无3脉波信号输入时，仍具有激磁保持力，故即使不依靠机械式的剎车，也能做到停顿位置的保持。4动作灵敏：步进电机由于加速性能优越，所以4可做到瞬时起动、停顿、正反转快速、频繁的定位动作。因此用它做伺服电动机应用于伺服系统时，往往可使系统简单化，工作可靠，而且可以获得较高的控制精度。使用步进电机的运动系统由步进电机驱动器和步进电机构成。当系统

4、承受一个电脉冲信号时，步进电机的转轴将转过一定的角度或者挪动一定的直线间隔。电脉冲输入越多，电机转轴转过的角度或者直线位移就越多；同时，输入电脉冲的频率越高，电机转轴的转速或者位移速度就越快。步进电机控制的最大特点是没有积累误差精度为。因此，将步进电机应用于转速测试是100%特别必要和公道的。3转速表测试的工作原理转速表测试的原理图如图1所示。单片机最小系统主频最好在30MHZ以上，具有16位的定时器和计数器。定时器控制T0控制DO经光电隔离器驱动步进电机转动。通过调整定时器T0定时时间可以调整步进电机的转速。光电码盘安装在步进电机的转轴上；光电码盘输出的信号经光电隔离后送给单片机的计数器T1

5、和用T1测量步进电机的转速。该转速为步进电机的标准转速。步进电机一方面带动光电码盘转动，另一方面带动转速表的传感器，通过转速表的指示器指示出步进电机的转速，该转速为指示转速。当指示转速在标准转速的允许误差范围内时，可以诊断转速表工作正常，否那么，转速表存在故障。步进电机的调速是通过定时器来完成的。第一次定时时间内单片机DO口输出高电平，在第二次定时时间DO内单片机口输出低电平，完成一次步进脉冲的输出；DO在该脉冲的作用下，步进电机完成一次步距角的转动。设步进电机的步距角为a，转速为n，步进脉冲的频率为f，那么1分钟内步进脉冲的个数为：由此得出步进电机的转速为：由于f=1/2t故定时器定时时间t

6、和转速n的关系式为：t=a/120n。AT89C51单片机定时器计数脉冲的频率是主频M的1/12，设16位定时器的初始值为N：那么定时时间为t=12/M2sup16/sup-N=a/120n，由此得出定时器的初始值为：通过该式可以看出，在转速超过万转后，为使定时器初始值选取轻易，在选取步进电机时，其步进角应比拟大，单片机的主频也应较高。在单片机系统中，可以通过键盘设定转速。单片机计算出定时器初始值后，控制DO接口输出步进脉冲，计算出定时器初始值后DO步进电机开场转动，此时单片机的显示器可以显示出通过计数器得出的标准转速。假如标准转速与设定转速不，可通过软件修改定时器的初始值来调整转速。由一样于

7、步进电机的转速依靠步进脉冲个数来调节，故可以通过连续更换定时器初始值来到达调速的目的，使标准转速与设定转速一样。待标准转速与设定转速一样后，可读取转速表的指示值，诊断测试结果。4软件设计作者用的是单片机C语言编制的程序，开发系统是KeilC51，与汇编相比，C语言在功能上、构造性、可读性、可维护性上有明显的上风，因此易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深入。KeilC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。以下是C51程序的局部源代码，并附带局部注释，希望和大家共同共享，并请大家给予指证和提出珍贵的意见。相对锁相环的电机调速，本测试方法的实现轻易。调速依靠软件进展，克制了转速漂移和累积误差的缺点。笔者为了测试转速表，完成过两项转速表测试仪的研究，以为这种调速方法值得推广。1吴健强当代传动及其控制技术M，北京：机械工业出版社,2003.2胡伟，季晓衡单片机C程序设计及应用实例M北京：人民邮电出版社,2003.0