步进电机特性测试实验装置的制作方法

专利名称：：步进电机特性测试实验装置的制作方法
技术领域：
：本实用新型涉及一种步进电机特性测试实验装置。(二)
背景技术：
步进电机特性测试实验装置，主要用于高等院校机电类专业的教学实验仪器。以往的步进电机教学实验装置选用的是直流电机或反应式步进电机，该教学用的电机实验装置存在的缺点为(1)、选用在工业实际中已经逐渐被淘汰的电机，学生实验的借鉴性较弱；(2)、实验交互性低；(3)、实验设备中没有信号检测端口，一般属于演示性实验，学生在学习的过程中无法实时的测量一些重要的特征信号，只能根据书本上的理论知识肤浅的理解和认识，实际控制信号和理论上的控制信号波形没法直观比较、识别并加深理解和认识；(4)、操作开放性差。(三)
发明内容为了克服已有的步进电机特性测试实验装置的学生实验的借鉴性较弱、实验交互性低的不足，本实用新型提供一种采用工业实际中运用的两相混合式步进电机、学生实验的借鉴性强、实验交互性高的步进电机特性测试实验装置。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是一种步进电机特性测试实验装置，所述的实验装置包括两相混合式步进电机、两路H桥控制驱动电路以及用于控制步进电机转动频率以及转动节拍的控制信号输入模块，所述的两相混合式步进电机包括线圈LA、残圈Lb,所述的两路H桥控制驱动电路包括线圈LA驱动电路、线圈LB驱动电路，所述的线圈LA驱动电路包括两组对角导通工作的Tl和T4、T2和T3以及用于控制线圈电流La双向流幼的第一控制端Pa,和第二控制端Pa2，所述的达林顿管Tl和T3的连接节点与达林顿管T2和T4的连接节点之间设置线圈LA;所述的线圈Lb駆幼电路包括两组对角导通工作的T5和T8、T6和T7以及用于控制线圈电流Lb双向流幼的第一控制端Pb1和第二控制端PB2，所述的达林顿管T5和T7的连接节点与达林顿管T6和T8的连接节点之间设置线圈LB;所述线圈LA驱动电路的第一控制端PA,、第二控制端PA2和线圈LB驱动电路的第一控制端Pw、第二控制端Pa2逢接所述的控制信号瑜入模块。进一步，所述的线圈LA驱动电路的第一控制端P^、第二控制端PA2和线圈LB驱动电路的第一控制端PB,、第二控制端PA2连接用于检测信号、通过示波器观测信号的信号输出端口。再进一步，所述的实验装置还包括转速设置模块、电机转速测试模块、转速预置显示窗口、转速实时显示窗口以及输入按键键盘，所述输入按键键盘连接转速设置模块，所述转速设置模块连接控制信号输入模块，所述转速设置模块连接转速预置显示窗口；所述的电机转速测试模块的输入端连接步进电机，所述的电机转速测试电路的输出端连接转速实时显示窗口。更进一步，所述的两相混合式步进电机安装在控制面板上。所述的控制信号输入模块为用于连续输入八个脉冲完成电机的旋转的八拍控制模块；或者是所述的控制信号输入模块为用于连续输入四个脉冲完成电机的旋转的四拍控制模块。该控制信号输入模块能够实现电机的正转、反转、点动控制。本实用新型的技术构思为现有的步进电机教学装置选用小型直流电机或反应式步进电机，该机型在工业实际中已经很少采用。本实用新型采用混合式步进电机，其具有运行频率高、动态力矩大、波动小、运转平稳、低噪声、定位精度和分辨率高等优点，现在工业中大量使用的特种电机为混合式步进电机，选用该种类型的电机可以使学校的教学和工业实际的应用紧密结合起来。两相混合式步进电机采用双H桥电路进行控制，控制的工作模式采用四拍、八拍控制模式，在每一种控制模式下可以实现步进电机的正转、反转、点动控制。设计了该实验装置的新型面板，在装置面板上不但设计了电机的预置转速和实时转速数码管显示窗口，而且设计了学生实验用的测试区，把重要的电机控制信号和线圈电流信号引接到端口。同时为了学生了解电机的全貌，把两相步进电机安装在了实验装置的面板上，并采用了4X4键盘对电机工作状态进行设置。本实用新型的有益效果主要表现在1、学生实验的借鉴性强、实验交互性高；2、实验设备中设有信号检测端口，学生能够观测控制信号，便于加深理解和认识；3、将步进电机直接设置在面板上，操作开放性好；4、采用双H桥电路控制，电路具有可靠，简便等特点，同时可以实现电机的多种工作模式控制。图1是A相线圈H桥控制单元电路图。图2是B相线圈H桥控制单元电路图。图3是步进电机实验装置面板设计图。图4是按键的放大示意图。图5是步进电机特性测试实验装置的原理框图。图6是步进电机特性测试实验装置的功能框图。图7是步进电机八拍正转的控制波形图。图8是步进电机八拍反转的控制波形图。图9是步进电机四拍正转的控制波形图。图io是步进电机四拍反转的控制波形图。具体实施方式以下结合附图对本发明作进一步描述。参照图1图6，一种步进电机特性测试实验装置，所述的实验装置包括两相混合式步进电机1、两路H桥控制驱动电路以及用于控制步进电机转动频率以及转动节拍的控制信号输入模块4,所述的两相混合式步进电机1包括线圈LA、线圈Lb，所述的两路H桥控制驱动电路包括线圈LA驱动电路2、线圈LB驱动电路3，所述的线圈LA驱动电路2包括两组对角导通工作的Tl和T4、T2和T3以及用于控制线圈电流3U双向流动的第一控制端PA1和第二控制端Pa2，所述的达林顿管Tl和T3的连接节点与达林顿管T2和T4的连接节点之间设置线圈LA;所述的线圈LB驱动电路3两组对角导通工作的Tl和T4、T2和T3以及用于控制线圈电流La双向流幼的第一控制端PA1和第二控制端Paz,所述的达林顿管Tl和T3的连接节点与达林顿管T2和T4的连接节点之间设置线圈LB;所述线圈LA驱动电路2的第一控制端P^、第二控制端PA2和线圈LB驱动电路3的第一控制端Pw、第二控制端pa2连接所述的控制信号输入模块4。所述的线圈la驱动电路2的第一控制端pa1、第二控制端Pa2和线圈LB驱动电路3的第一控制端PB1、第二控制端pa2连接用于检测信号、通过示波器观测信号的信号输出端口10。所述的实验装置还包括转速设置模块5、电机转速测试模块6、转速预置显示窗口8、转速实时显示窗口9以及输入按键键盘7，所述输入按键键盘7连接转速设置模块5，所述转速设置模块5连接控制信号输入模块4，所述转速设置模块5连接转速预置显示窗口7;所述的电机转速测试模块6的输入端连接步进电机1，所述的电机转速测试电路6的输出端连接转速实时显示窗9口。所述的两相混合式步进电机1安装在控制面板上。所述的控制信号输入模块4为用于连续输入八个脉冲完成电机的旋转的八拍控制模块；或者是所述的控制信号输入模块4为用于连续输入四个脉冲完成电机的旋转的四拍控制模块。该控制信号输入模块能够实现电机的正转、反转、点动控制。本实施例的控制过程为如图1为电机La浅圈H桥控制驱动单元电路，图中Tl和T4以及T2和T3对角的两个达林顿管(TLP127和TLP122)是同时导通工作的，控制信号只要分别控制对角的两个达林顿管的导通就可以控制la线圈电流的流向，光耦PA521是为了隔离控制电路和驱动电路的电源，起到抗干扰的作用。在两路控制信号端增加非门的目的，一方面是为了防止系统复位时两路控制信号同时为高电平，从而引起T1和T2(或者T3和T4)竖直方向的上下两个达林顿管"共态导通"，导致电源短路，另一方面是为了增强控制信号的驱动能力。从电路中看，当控制信号P^是高电平和控制信号Pa2是高电平时，此时T1和T4对角的两个达林顿管同时导通，线圈中的电流方向是从左到右；当控制信号PA1是低电平和控制信号pa2是低电平时，此时T2和T3对角的两个达林顿管同时导通，此时，线圈中的电流方向是从右到左。图2为电机Lb浅圈H桥控制驱动单元电路，所采用的技术方案基本和图l相同。当混合式步进电机八拍正转时，控制信号(PA1、Pa2、PB1、PB2)连续输出八个脉冲完成电机的旋转，其各相线圈通电顺序为a+ab卡b卡bc卡c卡cd+d卡da(A即A+x通电，B即B^通电，C即^—A通电，D即"B通电)，控制脉冲必须严格按照这一顺序控制各相线圈的通断。根据八拍正转的时序要求,各控制信号的电平如表l:(l表示高电平，0表示低电平)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表l根据表l，可以得到以下控制波形图如图7所示。当步进电机八拍反转时，控制信号连续输出八个脉冲完成电机的旋转，其各相线圈通电顺序为da+d+cd+c+bc+b+ab+a(A即a+X通电,BS卩b""^通电，CS卩X+a通电，D即"B通电)，根据八拍反转的时序要求,各控制信号的电平如表2:(l表示高电平，0表示低电平)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表2根据表2，可以得到以下控制波形图如图8所示。当步进电机四拍正转时，控制信号连续输出四个脉冲完成电机的旋转，其各相线圈通电顺序为a+b+c+d(A即a+X通电，B即b^通电，C即X+a通电,D即s—b通电)，控制脉冲必须严格按照这一顺序控制各相线圈的通断。根据四拍正转的时序要求，各控制信号的电平如表3:(l表示高电平，o表示低电平)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表3根据表3，可以得到以下控制波形图如图9所示。当步进电机四拍反转时，控制信号连续输出四个脉冲完成电机的旋转，其各相线圏通电顺序为d+e+b+a(A即a—X通电，B即^5通电，C即s+A通电，D即5+B通电)，控制脉冲必须严格按照这一顺序控制各相线圈的通断。根据四拍反转的时序要求，各控制信号的电平如表4(l表示高电平，0表示低电平)<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表4根据表4，可以得到以下控制波形图如图IO所示。本实施例中，参见图1，控制信号P^和Pai的配合控制，可以实现线圈LA电流的双向流动，图2中，控制信号PB1和PB2的配合控制，可以实现线圈LB电流的双向流动。图1和图2的四路控制信号按照控制时序输出脉冲，可以实现电机的四拍和八拍运动。参见图3，在设计的实验装置显示面板中，显示分为预置转速显示和实时转速显示，单位都是r/min,各四位数码管的左边最高位是标志位，右边低三位是转速显示值，实时转速采用每分钟刷新方式显示，预置转速由输入按键7(即键盘)控制，在四拍和八拍状态下的最高转速都是120r/min。4X4键盘的操作方法为(1)预置转速按『移位』键，右边最低位数码管开始闪动，设定相应的数字后再按『移位J键进行其它预置显示位的修改，当修改完成后按『确认』键，闪动停止。在按『移位』键前进行数字键的操作是无效的，在预置转速操作时，预置转速显示框内显示"P-XXX"。(2)四拍和八拍工作状态的切换按『切换』键进行四拍和八拍工作方式间的切换，同时发光管进行相应的点亮指示，蓝灯点亮表示四拍，白灯点亮表示八拍。(3)点动、正转、反转工作状态的选择按『点动/停止』、『正转J、『反转』键后系统自动进入相应的工作模式，同时实时显示"d--"、"F-XXX"、"R-XXX"。按『正转J、『反转』键后相应的黄、绿发光管点亮指示，连续按『点动/停止』键后，电机以单拍点动的方式进行运转。(4)系统紧急停止出现意外时，在任何时候按『点动/停止』键后电机停止转动。(5)系统自诊断状态系统具有自诊断功能，当由于刻度盘被卡住而引起电机堵转时，实时显示将出现"E-err"并间断蜂鸣器报警，此时需要重新开启电源复位系统。"XXX"表示相应状态下的转速实时显示值和预置数显示值。系统上电自检后自动进入八拍点动控制状态。刻度盘上标有角度，用于指示八拍和四拍转动时每拍转过的角度。权利要求1、一种步进电机特性测试实验装置，其特征在于所述的实验装置包括两相混合式步进电机、两路H桥控制驱动电路以及用于控制步进电机转动频率以及转动节拍的控制信号输入模块，所述的两相混合式步进电机包括线圈LA、线圈LB，所述的两路H桥控制驱动电路包括线圈LA驱动电路、线圈LB驱动电路，所述的线圈LA驱动电路包括两组对角导通工作的T1和T4、T2和T3以及用于控制线圈电流LA双向流动的第一控制端PA1和第二控制端PA2，所述的达林顿管T1和T3的连接节点与达林顿管T2和T4的连接节点之间设置线圈LA；所述的线圈LB驱动电路包括两组对角导通工作的T5和T8、T6和T7以及用于控制线圈电流LB双向流动的第一控制端PB1和第二控制端PB2，所述的达林顿管T5和T7的连接节点与达林顿管T6和T8的连接节点之间设置线圈LB；所述线圈LA驱动电路的第一控制端PA1、第二控制端PA2和线圈LB驱动电路的第一控制端PB1、第二控制端PA2连接所述的控制信号输入模块。2、如权利要求1所述的步进电机特性测试实验装置，其特征在于所述的线圈LA驱动电路的第一控制端PA1、第二控制端pa2和线圈Le驱动电路的第一控制端PW、第二控制端pb2连接用于检测控制信号、可以通过示波器观测信号的信号输出端口。3、如权利要求1或2所述的步进电机特性测试实验装置，其特征在于所述的实验装置还包括转速设置模块、电机转速测试模块、转速预置显示窗口、转速实时显示窗口以及输入按键键盘，所述输入按键键盘连接转速设置模块，所述转速设置模块连接控制信号输入模块，所述转速设置模块连接转速预置显示窗口；所述的电机转速测试模块的输入端连接步进电机，所述的电机转速测试电路的输出端连接转速实时显示窗口。4、如权利要求3所述的步进电机特性测试实验装置，其特征在于所述的两相混合式步进电机安装在控制面板上。5、如权利要求4所述的步进电机特性测试实验装置，其特征在于所述的控制信号输入模块为用于连续输入八个脉冲完成电机的旋转的八拍控制模块。6、如权利要求4所述的步进电机特性测试实验装置，其特征在于所述的控制信号输入模块为用于连续输入四个脉冲完成电机的旋转的四拍控制模块。专利摘要一种步进电机特性测试实验装置，所述的实验装置包括两相混合式步进电机、两路H桥控制驱动电路以及用于控制步进电机转动频率以及转动节拍的控制信号输入模块，所述的两相混合式步进电机包括线圈L_A、线圈L_B，所述的两路H桥控制驱动电路包括线圈L_A驱动电路、线圈L_B驱动电路，线圈L_A驱动电路的第一控制端P_A1、第二控制端P_A2和线圈L_B驱动电路的第一控制端P_B1、第二控制端P_A2连接所述的控制信号输入模块。本实用新型提供一种采用工业实际中运用的两相混合式步进电机、学生实验的借鉴性强、实验交互性高的步进电机特性测试实验装置。文档编号G01R31/34GK201017025SQ20072010587公开日2008年2月6日申请日期2007年1月23日优先权日2007年1月23日发明者涌王申请人:浙江工业大学