步進(jìn)電機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展不可或缺的一大要素,在控制領(lǐng)域和動力提供方面的應(yīng)用越來越廣泛。步進(jìn)電機(jī)優(yōu)越的性能是通過控制器來實現(xiàn)的,與控制器是不可分割的整體。步進(jìn)電機(jī)控制器是一種向電機(jī)發(fā)出一串脈沖信號以驅(qū)動電機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu),步進(jìn)電機(jī)角位移量可通過控制器發(fā)送脈沖個數(shù)來控制,轉(zhuǎn)動速度通過脈沖頻率來控制,旋轉(zhuǎn)方向可通過控制方向信號來完成。國內(nèi)步進(jìn)電機(jī)行業(yè)發(fā)展極不平衡,市場上多數(shù)步進(jìn)電機(jī)控制器采用開環(huán)控制,定位精度低,使得步進(jìn)電機(jī)運行存在動態(tài)特性差和低頻振蕩等問題,嚴(yán)重時可能導(dǎo)致失步或過沖。閉環(huán)控制器如步進(jìn)伺服雖然精度高,但近兩年控制芯片和電阻電容等價格大幅上漲甚至部分器件缺貨,導(dǎo)致了控制器出貨量低,價格居高不下。伴隨著中國制造2025、綠色低碳經(jīng)濟(jì)和消費新需求的變化,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、企業(yè)升級轉(zhuǎn)型成為未來企業(yè)生存發(fā)展的必然要求。在國際產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移,低效產(chǎn)品更新?lián)Q代的趨勢,以及節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)等政策的指導(dǎo)下,制造業(yè)傳統(tǒng)的低效率、高能耗設(shè)備的轉(zhuǎn)型升級及物聯(lián)網(wǎng)、智能裝備等行業(yè)的快速興起,步進(jìn)電機(jī)市場規(guī)模增長迅速,高精度、低成本、性能優(yōu)越的控制器市場需求仍然很大。因此,進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)控制器研究具有重要的理論研究價值和社會經(jīng)濟(jì)意義,擁有廣闊的應(yīng)用前景。針對上述現(xiàn)狀,以兩相混合步進(jìn)電機(jī)為研究對象,研究了通用型控制器的驅(qū)動工作原理及控制技術(shù),著重研究基于STM32F103芯片的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動和H橋驅(qū)動原理,以及位置閉環(huán)控制技術(shù)、電流滯環(huán)PWM控制技術(shù)等控制原理,并提出了控制器關(guān)鍵參數(shù)。在此基礎(chǔ)上設(shè)計了控制器硬件電路,繪制了PCB電路板、編寫了軟件代碼和進(jìn)行了軟件仿真,將制作的樣機(jī)進(jìn)行相關(guān)實驗。實驗驗證了高細(xì)分下步進(jìn)電機(jī)相電流波形更接近正弦波,電機(jī)低速控制效果更好。同時驗證控制器樣機(jī)精度高,性能穩(wěn)定,可使兩相混合步進(jìn)電機(jī)低速平滑輸出無抖動,快速啟停時無失步和過沖情況,且牽出力矩的效率高。此外,進(jìn)一步闡述了步進(jìn)電機(jī)控制器的產(chǎn)業(yè)化要素,首先是市場分析,產(chǎn)業(yè)化市場主要切入點為新興市場,其次是核心技術(shù)和成本優(yōu)勢的核心競爭力,提出要掌握核心專利和從原材料采購、規(guī)�；a(chǎn)業(yè)化等方向降低成本,最后介紹了產(chǎn)品系列化設(shè)計和產(chǎn)學(xué)研的產(chǎn)業(yè)化模式,將控制器的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化聯(lián)系起來,為后續(xù)步進(jìn)電機(jī)控制器開發(fā)提供了一定借鑒。
【學(xué)位單位】：武漢工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：F426.6;TM383.6
【部分圖文】：

2圖 1-1 HB 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)及其應(yīng)用領(lǐng)域全球 PM 步進(jìn)電機(jī)集中度低于 HB 步進(jìn)電機(jī)。由于術(shù)復(fù)雜程度低于 HB 步進(jìn)電機(jī)，因而全球競爭市占全球市場份額 1%以上的廠商僅有 6 家，前 6 大；有 43%的市場分散在份額低于 1%的廠商中。伴隨著中國制造 2025、綠色低碳經(jīng)濟(jì)和消費新需打印機(jī) ATM機(jī) 醫(yī)療設(shè)備

圖 1-3 國外意法半導(dǎo)體公司單極步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動原理圖進(jìn)電機(jī)控制器相比國外研發(fā)起步晚，技術(shù)相對薄制器公司很少，多數(shù)生產(chǎn)步進(jìn)電機(jī)的企業(yè)只制造國外控制方案甚至整個控制器來組裝成步進(jìn)電機(jī)市場價格也比純進(jìn)口的國外產(chǎn)品低許多，造成了微薄。近些年，國內(nèi)也有許多電機(jī)企業(yè)與上海二

8圖 1-4 上海鳴志集成式一體機(jī)控制器原理圖綜上所述，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動控制技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展已經(jīng)取得長，尤其是開環(huán)驅(qū)動控制技術(shù)已經(jīng)不斷完善并日趨成熟。但步進(jìn)電頻率低、失步、驅(qū)動電流過大等問題仍然存在，步進(jìn)電機(jī)閉環(huán)控制驅(qū)動控制等技術(shù)仍有研究和優(yōu)化的必要。研究成果的應(yīng)用前景與機(jī)遇目前我國步進(jìn)電機(jī)制造企業(yè)主要分布在浙江、上海以及江蘇、廣，這在一定程度上加速了我國步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)業(yè)格局的形成。目前以區(qū)為中心，帶動各種形式電機(jī)飛速發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)及其控制器市
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