基于Proteus的步进电机闭环控制的仿真

第３１卷第０２期煤矿机械Ｖ０１．３１Ｎｏ．０２２０１０年０２月ＣｏａｌＭｉｎｅＭａｃｈｉｎｅｒｙＦｅｂ．２０１０

基于Ｐｒｏｔｅｕｓ的步进电机闭环控制的仿真

潘万平。徐刚。张劲松

（齐齐哈尔大学通信与电子工程学院，黑龙江齐齐哈尔１６１００６）

摘要：基于Ｐｒｏｔｅｕｓ拥有齐全的元件库和强大的电路分析实物仿真功能，提出了用于步进电机闭环自动控制系统的方法。以ＡＴ８９Ｃ５２芯片为微处理器，Ｌ２９７和Ｌ２９８芯片驱动步进电机。利用光电编码器原理设计反馈电路，形成闭环。用Ｃ语言编程，设计扰动，模拟外界干扰，应用ＰＩＤ算法．利用ＬＣＤ显示，比较设定值与反馈值，实现位置反馈闭环控制系统的仿真。

关键词：步进电机；Ｐｒｏｔｅｕｓ；光电编码器；ＰＩＤ；光耦

中图分类号：ＴＭ３４１；ＴＰ３９１文献标志码：Ａ文章编号：１００３—０７９４（２０１０）０２—００４６—０３

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｔｅｐｐｉｎｇｍｏｔｏｒ；ｐｒｏｔｅｕｓ；ｏｐｔｉｃａｌｅｎｃｏｄｅｒ；ＰＩＤ；ｏｐｔｏｃｏｕｐｌｅｒ

０引言

随着计算机处理速度的飞速提高．仿真软件功能不断完善．仿真在自动控制系统中的作用越来越重要．Ｐｒｏｔｅｕｓ的ＩＳＩＳ是一款电路分析实物仿真系统．可仿真各种电路和ＩＣ。通过对实际情况的分析。利用软件对步进电机进行仿真。

１硬件设计

（１）系统工作原理

闭环控制系统如图１所示。

Ｍｓ＿５ｌ

单片机

Ⅳ倦９Ｃ５２

图１闭环控制系统原理图

单片机通过按钮设定所需脉冲值．光电编码器测得步进电机的实际位置．通过编码器接口电路反馈到单片机。单片机通过比较设定脉冲值与实际反馈脉冲值，得到差值，经过ＰＩＤ算法得出控制量。单片机根据控制量．改变脉冲输出个数．通过Ｌ２９７脉冲分配器、光电耦合器．经Ｌ２９８驱动芯片进行功率放大输出。从而控制步进电机。为精确得到反馈脉冲波形．将反馈信号连接到Ｌ２９７和Ｌ２９８驱动芯片之间，软件加入随机数干扰，使设定值与Ｐｏ．１输出值不一致．模拟外界对步进电机的扰动．通过ＰＩＤ控制算法。用ＬＣＤ显示设定脉冲值、实际位置值与反馈脉冲值．从而达到了仿真目的。

（２）驱动电路

Ｐｒｏｔｅｕｓ库中步进电机是二相四线形式．控制脉冲信号的脉冲分配可以用软件实现．其缺点加重微处理机和程序设计的负担。本系统采用集成芯片Ｌ２８７、Ｌ２９８分配脉冲。驱动步进电机。Ｌ２９７是步进电机控制集成芯片（包括环形分配器）．脉冲分配器内部是可逆计数器，加上一些组合逻辑．产生每周８步的时序信号应用于微处理机控制２相双极性和４相单极性步进电机．同时设于晶片内的ＰＷＭ斩波线路容许以开关形式控制线路的电流．相位是由内部产生的。方向控制（ｃｗ／ｃｃｗ）与Ｐ０．０连接，时钟（ＣＬＯＣＫ）－与Ｐ０．１口连接。通过光耦连接Ｌ２９８。Ｌ２９８是内含双Ｈ桥高电压大电流驱动器．接受标准－ｒ】ｒＩＪ逻辑电平信号．可驱电压４６Ｖ、每相位２．５Ａ以下的步进电机．

（３）增量式光电编码器电路设计

增量式光电编码器输出Ａ、Ｂ２个互差０的方波信号。当光电编码器顺时针旋转时．Ａ超前Ｂ９００，逆时针旋转时．Ｂ超前Ａ９００。光电编码电路设计时。步进电机位置反馈的脉冲信号直接连接到Ｄ

．．．——３，６．．．——万方数据