步进电动机PLC控制的模拟
1 概述
可编程序控制器，是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机［1］。自1969年对工业自动控制的特点和需要而开发的第一台PLC问世以来，迄今已经三十多年，它的发展虽然包含了前期控制技术的集成和演变，但又不同于顺序控制器和通用的微机控制装置。它不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电气操作维护人员的技能和习惯，摒弃了微机常用的计算机编程语言的表达方式，独具风格的形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学，调试和差错都很容易。用户买到所需PLC后，只需按说明书或提示。做少量的安装接线和用户程序的编制工作，就可灵活而方便地将PLC应用于生产实践。而且用户程序的编制、修改和调试不需要具有专门的计算机编程语言只是。这样就破除了了“电脑”的神秘感，推动了计算机技术的普遍应用。可编程序控制器PLC在现代工业自动化控制中是值得重视的先进控制技术，PLC现已成为现代工业控制的三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT）之一，已其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能、易与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速技术与位控等高性能模块的优异性能，日益取代由大量中间继电器、时间继电器、计数继电器等组成的传统的继电-接触控制系统。
1.1 可编程序控制器
1.1.1 PLC的定义
在二十世纪七十年代PLC 问世后，由美国电气制造商协会对PLC下过如下的定义:
PLC是一种数字式的电子装置。它使用可编程序的存储器来存储指令，实现逻辑运算、顺序运算、计数计时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。
1982年，国际电工委员会(International Electrical Committee-IEC)颁布了PLC标准草案，1985年提交了第2版，1987年的第3版对PLC作了如下的定义:PLC是一种数字运算操作的电子系统，专门为在工业环境下应用而设计的。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关外部设备，都应按易于与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
1.1.2 PLC的功能
（一）开关量逻辑控制
（二）模拟量控制
（三）闭环过程控制
（四）定时控制
（五）计数控制
（六）顺序（步进）控制
（七）数据处理
（八）通信和联网
1.1.3 PLC的特点
（一）可靠性高、抗干扰能力强
（二）通用性强、灵活性好、功能齐全
（三）编程简单、使用方便
（四）模块化结构
（五）安装简单、调试方便
（六）网络通信
（七）体积小、能耗低、便于机电一体化
1.1.4 PLC的基本组成
从广义上说，PLC也是一种工业控制计算机，只不过比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的使用与控制要求的编程语言。所以
PLC与计算机控制系统十分相似，也具有中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）接口、电源等,如图1.1所示：
V N
图1.1可编程序控制器的基本组成
1.1.5 PLC的工作原理
（一）建立I/O映像区
在PLC存储器内开辟了I/O映像区。PLC工作时，将采集到的输入信号状态存放在相应的位上；将运算的结果存放到输出映像区对应的位上。PLC在执行用户程序时所需“输入继电器”、“输出继电器”的数据取用于I/O映像区，而不直接与外部设备发生关系。
I/O映像区的建立，使PLC工作失职和内存有关的得知单元内所存信息状态发生关系，而系统输出也只是给内存某一地址单元设定一个状态。这样不仅加快程序执行速度，而且还是控制系统与外界隔离，提高了系统的抗干扰能力。同时控制系统远离实际对象，为硬件标准化生产创造了条件。
（二）循环扫描的工作方式
1）PLC的工作过程
PLC上电后，在系统程序的监控下，周而复始的按一定的顺序对系统内部的各种人物进行查询、判断和执行，这个过程实质上是按顺序循环扫描的过程。执行一个循环扫描过程所需的时间称为扫描周期，其典型值是1-100MS。
a)初始化
b)CPU的自诊断
c)通信信息处理
d)与外部设备交换信息
e)执行用户程序
f)输入、输出信息处理
2）用户程序的循环扫描过程
图1.2 PLC的工作过程
PLC的工作过程，与CPU的操作方式有关。CPU有两个操作方式：STOP方式和RUN方式。在扫描周期内，STOP方式和RUN方式的主要差别在于：RUN方式下执行用户程序，而在STOP方式下不执行用户程序。
PLC对用户程序进行循环扫描可分为三个阶段进行，即输入采样阶段，程序执行阶段和输出刷新阶段。
（三）输入、输出延迟响应
由于PLC采用循环扫描的工作方式，即对信息采用串行处理方式，必定导致输入、输出延迟响应。当PLC的输入端有一个输入信号发生变化到PLC输出端对该输入变化作出反应，需要一段时间，这段时间就称为响应时间或滞后时间。
这种现象称为输入、输出延迟响应或滞后现象。
1.1.6 S7-200PLC系统的基本组成
S7-200PLC有基本单元（S7-200CPU模块）、个人计算机（PC）或编程器、STEP7-Micro/WIN32编程软件以及通信电缆组成，如图所示：
图1.3 S7-200PLC系统的构成
（一）基本单元
基本单元也成为主机，由中央处理单元（CPU）、电源以及数字量输入输出单元组成。这些单元被紧凑的安装在一个独立的装置中。基本单元可以构成一个独立的控制系统。
图1.4 S7-200CPU模块
S7-200PLC主机型号规格种类较多，以适应不同需求的控制场合。西门子公司推出的S7-200 CPU22X系列产品有：CPU221模块、CPU224模块、CPU226模块等。例如，CPU226模块的I/O总数为40点。其中输入点24点，输出点16点。可带7个扩张模块，用户程序存储器容量为6.6K字。内置高速计数器，具有PID 控制器的功能。有2个高速脉冲端和2个RS-485通信口。具有PPI通信协议和自由口协议的通信能力。运行速度快、功能强。适用于要求更高的中小型控制系统。
下图是CPU226 AC/DC/继电器模块输入、输出单元的接线图。24个数字量输入点分成两组。第一组由输入端子I0.0-I0.7、I1.0-I1.4共13个输入点组成，每个外部输入的开关信号均有个输入端子接出，经一个直流电源终至公共端1M；第二组有输入端子I1.5-I1.7、I2.0-I2.7共11个输入点组成，每个外部输入信号有个输入端子接出，经一个直流电源至公共端2M。由于是直流输入模块，所以采用直流电源作为检测各输入接点状态的电源。M、L+两个端子提供
DC24V/400mA传感器电源，可以作为传感器的电源输出，也可以作为输入端的检测电源使用。16个数字量输出点分成三组。第一组由输出端子Q0.0-Q0.3共4个输出点与公共端1L组成；第二组有输出端子Q0.4-Q0.7、Q1.0共5个输出点与公共端2L组成；第三组由输出端子Q1.1-Q1.7共7个输出点与公共端3L组成。每个负载的一端与输出点相连，另一端经电源与公共端相连。由于是继电器输出方式，所以既可带直流负载，也可代交流负载。负载的基里原有负载性质确定。输出端子排的右端N、L1端子是供电电源AC120V/240V输入端。该电源电压允许范围为AC85-264V。
图1.5 CPU226AC/DC/继电器模块输入、输出单元的接线图
1.2可编程序控制器的控制系统设计
1.2.1 PLC控制系统的设计原则
在最大限度的满足被控对象控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、安全可靠，并考虑到今后生产的发胀和工艺的改进，在选择PLC机型时，应适当留有余地。
1.2.2 PLC控制系统的设计内容及步骤
（一）分析控制对象
在确定采用PLC控制后，应对被控对象工艺流程的特点和要求做深入了解、详细分析、认真研究，明确控制的任务、范围、和要求，根据工业指标，合理的制定和选取控制参数，使PLC控制系统最大限度的满足被控对象的工艺要求。
控制要求，主要指控制的基本方式、必须完成的动作时序和动作条件、应具备的操作方式、必要的保护和联锁等，可用控制流程图和系统框图的形式来描述。
在明确了控制任务和要求后，须选择电器传动方式和电动机、电磁阀等执行机构的类型和数量，拟定电动机起动、运行、调速、转向、制动等控制要求；确定输入、输出设备的种类和数量，分析控制过程中输入、输出设备后之间的关系，了解对输入信号的响应速度等。
（二）PLC控制系统的硬件配置
PLC控制系统的硬件设计包括急性选择、输入/输出模块的选择、画出输入/输出端子的接线图等内容。
（三）软件设计
软件设计就是在硬件设计的基础上，分配输入输出元件的地址号，应用相关编程软件编写用户应用程序。根据控制要求设计出梯形图或语句表等语言的程序，这是整个设计的核心工作。
（四）输入程序并调试程序
将编译通过的程序可下载到PLC中，进行室内模拟调试，如果孔子系统是由几个部分组成，则应先做局部调试，然后再进行整体调试。调试中出现的问题，要着意排除，直至调试成功。
（五）固化程序
若程序须频繁修改，可选用RAM；若长期使用不需改变后运行期结束，可选用EPROM或EEPROM。八一调试通过的程序写入EPROM或EEPROM，将程序固化，PLC控制系统就可正式投运。
1.3 移位寄存器指令(SHRB)
移位寄存器指令是可以指定移位寄存器的长度和移位方向的移位指令。其指令格式如图1.6所示：
图1.6 移位寄存器指令
1）移位寄存器指令SHRB将DATA数值移入移位寄存器。梯形图中，EN为使能输入端，连接移位脉冲信号，每次使能有效时，整个移位寄存器移动1位。DATA 为数据输入端，连接移入移位寄存器的二进制数值，执行指令时将该位的值移入寄存器。S_BIT指定移位寄存器的最低位。N指定移位寄存器的长度和移位方向，移位寄存器的最大长度为64位，N为正值表示左移位，输入数据（DATA）移入
移位寄存器的最低位（S_BIT），并移出移位寄存器的最高位有效位（MSB.b）的地址。计算公式：MSB.b=[ S_BIT的字节号+（|N|-1+ S_BIT的位号）/8].[被8除所得的余数]。计算移出的数据被放置在溢出内存位（SM1.1）中。N为负值表示右移位，输入数据移入移位寄存器的最高位中，并移出最低位（S_BIT）。移出的数据被放置在溢出内存位（SM1.1）中。
2）DATA和S-BIT的操作数为I, Q, M, SM, T, C, V, S, L 。数据类型为：BOOL变量。N的操作数为VB, IB, QB, MB, SB, SMB, LB, AC, 常量。数据类型为：字节。
3）使ENO = 0的错误条件：0006（间接地址），0091（操作数超出范围），0092（计数区错误）。
4）移位指令影响特殊内部标志位：SM1.1（为移出的位值设置溢出位）。
2硬件设计
2.1控制要求
在步进电机单元完成本实验。
使用移位寄存器指令，可以大大简化程序设计。移位寄存器指令所描述的操作过程如下∶若在输入端输入一串脉冲信号，在移位脉冲作用下，脉冲信号依次移位到各个寄存器的内部继电器中，并将这些内部继电器的状态输出，每个内部继电器可在不同的时间内得到由输入端输入的一串脉冲信号。
图2.1 步进电动机控制的模拟实验面板图
2.2选择PLC型号
选择合适的机型是PLC控制系统硬件配置的关键问题。目前，国内外生产PLC的厂家很多，不同的厂家的PLC场频随谈基本功能相似，但有些特殊功能、价格、服务及使用的编程指令和编程软件都不同。而同一厂家生产的PLC产品又有不同的系列，同一系列中又有不同的CPU型号，不同系列、不同型号的。因此，如何选择合适的机型至关重要。
2.2.1 I/O点数的估计
I/O点数是PLC的一项重要指标.合理选择I/O点数计可使系统满足控制要求,又可使系统总投资量最低。PLC的输入输出总点数和种类应根据被控对象所需控制的模拟量、开关量等输入/输出设备情况来确定，一般一个输入/输出元件要占用一个输入/输出点。考虑到今后的调整和扩充，一般应在估计的总点数上再加上20%到30%的备用量。
2.2.2用户存储器容量的估算
PLC常用的内存有EPROM、EEPROM和带锂电池供电的RAM。一般微型和小型PLC的存储容量是固定的，介于1-2KB之间。用户应用程序占用多少内存与许多因素有关，如I/O点数、控制要求、运算处理量、程序结构等。因此在程序设计之前只能粗略的估算。
2.2.3 CPU功能与结构的选择
PLC的功能日益强大，一般PLC都具有开关量逻
辑运算、定时、计数、数据处理等基本功能，有些PLC还可扩展各种特殊功能模块，如通信模块、位置控制模块等，选型时可考虑以下几点：
1）功能与任务相适应
2）PLC的处理速度应满足实时控制的要求
3）PLC结构合理、机型统一
4）在线编程合理和离线编程的选择
2.2.4 机型选择
综上所述，可知本次步进电动机控制的模拟中PLC型号选择：
1）I/O点数的统计：输入1点（SD）；输出4点（A、B、C、D），控制步进电机。SD为启动按钮。
2）估计PLC用户程序长度：为I/O点数的（10-20）倍，选用S7-200 CPU226 CN AC/DC/RLY输出的PLC即能满足要求。
2.3系统设计流程示意图
图2.2 系统设计流程示意图
2.4 I/O分配表
表2.1输入输出接线
2.5 I/O接线
图2.3 I/O接线图
3 软件设计
3.1 程序设计的主要内容
（一）PLC程序功能分析和设计
PLC程序功能分析和设计实际上是PLC系统功能分析设计中的一个组成部分。系统的整体功能要求，可以通过硬件和程序两方面来实现。就软件而言，对工程设计人员就是编制应用程序。在编写程序之前，手电要确定应用程序的功能，大体上可以从控制功能、操作功能、自诊断功能三方面来考虑。
（二）程序结构设计的分析和设计
模块化的程序设计方法，是PLC程序设计最有效、最基本的方法。程序结构分析和设计的基本任务就是以模块化程序节后为前提，以系统功能要求为依据，按照相对独立的原则，将全部程序划分为若干个“程序模块”并对每一“模块”提供程序要求、规格说明。程序设计常采用“自顶向下”的设计方法，使编出的程序清楚、异读。
（三）编制程序规格说明书
程序规格说明书应包括技术要求、编制依据等内容。如整体应用程序功能要求：程序模块功能要求；受控设备及其动作时序、精度、计时、和响应速度要求；输入装置、输入条件、执行装置、输出条件和接口条件；输入模块和输出模块或I/O分配表等。
（四）程序设计
根据PLC控制系统硬件结构和生产工艺要求，在程序规格说明书的基础上，使用相应的编程语言指令，编制实际应用程序的过程就是程序设计。
3.2 程序设计的步骤
(一)程序框图设计
这部的主要工作是根据程序规格说明书的总体要
求和控制系统具体情况，确定应用程序的基本结构，绘制出程序结构框图；然后再根据工艺要求，绘制出个功能单元的详细功能框图。
(二) 分配I/O编号
在编写程序前，还要给每一个输入/输出信号分配
相应的地址，给出每个地址对应的信号的含义、名称并列成表，以便软件编程和系统调试时使用，这种表叫I/O分配表，也叫输入输出地址表。
（三）编写程序
编写程序就是根据设计出的框图逐条的编写控制程序，这是整个课程设计的核心部分。应尽量使用编程软件，如STEP7-Micro/WIN32等。梯形图语言是最普遍使用的编程语言。在编写程序的过程中，可以借鉴现成的典型控制环节程序。另外，编写程序过程中要及时对编写的程序进行注释，以免旺季期间相互间关系，最好随编随注，以便阅读和调试。
（四）程序调试
程序调试是整个程序设计工作中一项很重要的内容，它可以初步检查程序的实际效果。程序调试和程序编写是分不开的，程序的许多功能是在调试中修改和完善的。调试时可先设定输入信号，观察输出信号（对应输出点的LED数码显示）的变化情况；确认无误后再现场调试，必要时可以借用某些仪器仪表，测试个部分的借口情况，直至满意为止。
（五）编写程序说明书
程序说明书时对程序的综合说明，使整个程序设计工作的总结。编写程序设计说明书的木的是便于程序的使用者和现场调试人员使用，它是程序文件的组成部分。程序说明书一般包括程序设计的依据、程序的基本结构、各功能单元分析、使用的公式和原理、各参数的来源和运算过程、程序调试情况等。
3.3 设计梯形图
3.3.1 梯形图编程语言概述
梯形图(LAD)是与电气控制电路图相呼应的图形语言。它沿用了继电器、触点、串并联等术语和类似的图形符号，并简化了符号，还增加了一些功能性的指令。梯形图是融逻辑操作、控制于一体，面向对象的、实时的、图形化的编程语言。梯形图信号流向清楚、简单、直观、易懂，很适合电气工程人员使用。梯形图（LAD）在PLC中使用得非常普遍，通常各厂家，各型号PLC都把它作为第一用户语言。
3.3.2 梯形图指令程序
3.4 设计指令表
3.4.1 指令表编程语言概述
语句表（STL）使用助记符来表达PLC的各种控制功能的。它类似于计算机的汇编语言，但比汇编语言直观易懂，编程简单，因此也是应用很广泛的一种编程语言。这种编程语言可使用简易编程器编程，但比较抽象，一般于梯形图语言配合使用，互为互补。目前，大多数PLC都有语句表编程功能，但各厂家生产PLC的语句表（STL）所用的助记符互不相同，不能兼容。
3.4.2 指令表指令程序
Network 1 // 网络标题
LD T40
EU
SHRB M0.0, M20.0, +4
Network 2
LD M20.4
ON I0.0
R M20.0, 4
Network 3
LD M20.3 ON I0.0
R M0.1, 1
Network 4
LD M20.0 S M0.1, 1 Network 5
LD I0.0 AN M0.1
= M0.0
Network 6
LD I0.0 AN T41 TON T40, +1
Network 7
LD T40 TON T41, +1
Network 8
LD M20.0 = Q0.0
Network 9
LD M20.1 = Q0.1
Network 10 LD M20.2 = Q0.2
Network 11 LD M20.3 = Q0.3
4 调试
步进电机的控制系统由可编程控制器和步进电机功率驱动器组成，控制系统中PLC用来产生控制脉冲；通过PLC编程输出一定数量的方波脉冲，控制步进电机的转角；同时通过编程控制脉冲频率。
在输入端输入一串脉冲信号（1000），在移位脉冲作用下，此脉冲信号依次移位（1000-0100-0010-0001-1000-…...）至各个寄存器的内部继电器
（Q0.0-Q0.1-Q0.2-Q0.3-Q0.0-……）中，并将这些内部继电器的状态输出（LED 灯A亮-B亮-C亮-D亮-A亮-……）。
若将梯形图网络三中复位指令的指令操作数M0.1改为M0.2或M0.3，各个寄存器的内部继电器的状态输出将发生改变（1000-0100-0010-0001，即A亮-B 亮-C亮-D亮），不会循环移位；
若将梯形图网络四中置位指令的指令操作数M0.1改为M0.2或M0.3，各个寄存器的内部继电器的状态输出将发生改变（1000-1100-1110-1111，即A亮-AB 亮-ABC亮-ABCD亮），不会循环移位。
步进电机闭环控制系统方案
几种典型的步进电机闭环控制系统 工业大学 【摘要】系统阐述了步进电动机闭环控制系统的优点，给出了几种典型的闭环控制系统，并提出了步进电动机高精度定位系统的设计思想。 【叙词】步进电机闭环系统／高精度定位 l概述 步进电机是机电一体化产品中的关键元件之一，是一种性能良好的数字化执行元件。它能够将电的脉冲信号转换成相应的角位移，是一种离散型自动化执行元件。随着计算机控制系统的发展，步进电动机广泛应用于同步系统、直线及角位系统、点位系统、连续轨迹控制系统以及其它自动化系统中，是高科技发展的一个重要环节。 2步进电动机闭环系统与开环系统比较[1- 步进电机的主要优点之一是适于开环控制。在开环控制下，步进电动机受具有予定时间间隔的脉冲序列所控制，控制系统中无需反馈传感器和相应的电子线路。这种线路具有简单、费用低的特点，使步进电动机的开环控制系统得以广泛的应用。 但是，步进电机的开环控制无法避免步进电动机本身所固有的缺点，即共振、振荡、失步和难以实现高速。另一方面，开环控制的步进电动机系统的精度要高于分级是很困难的，其定位精度比较低。因此，在精度和稳定性标准要求比较高的系统中，就必须果用闭环控制系统。 步进电动机的闭环控制是采用位置反馈和（或）速度反馈来确定与转子位置相适应的相位转换，可大大改进步进电动机的性能。 在闭环控制的步进电机系统中，或可在具有给定精确度下跟踪和反馈时，扩大工作速度围，或可在给定速度下提高跟踪和定位精度，或可得到极限速度指标和极限精度指标。步进电动机的闭环控制性能与开环控制性能相比，具有如下优点： a．随着输出转矩的增加，二者的速度均以非线性形式下降，但是，闭环控制提高了矩频特性。 b．闭环控制下，输出功率／转矩曲线得以提高，原因是，闭环下，电机励磁转换是以转子位置信息为基础的，电流值决定于电机负载，因此，即使在低速度围，电流也能够充分转换成转矩。 c．闭环控制下，效率一转矩曲线提高。 d．采用闭环控制，可得到比开环控制更高的运行速度，更稳定、更光滑的转速。 e.利用闭环控制，步进电动机可自动地、有效地被加速和减速。 f．闭环控制相对开环控制在快速性方面提高的定量评价，可借助比较Ⅳ步通过某个路径间隔的时间得出： 式中n-步进电动机转换拍数(N>n) g．应用闭环驱动，效率可增到7.8倍，输出功率可增到3.3倍，速度可增到3.6倍。 闭环驱动的步进电机的性能在所有方面均优于开环驱动的步进电动机。步进电机闭环驱动具有步进电动机开环驱动和直流无刷伺服电机的优点。因此，在可靠性要求很高的位置控
西门子S 系列PLC控制步进电机进行正反转的方法
1、主程序先正转，等到正转完了就中断，中断中接通个辅助触点（），当闭合，住程序中的反转开始运做。这样子就OK了。 2、用PTO指令让OR 高速脉冲，另一个点如做方向信号，就可以控制正反转了，速度快慢就要控制输出脉冲周期了，周期越短速度越快，如果你速度很快的话请考虑缓慢加速，不然它是启动不了的，如果方向也变的快的话就要还做一个缓慢减速，不然它振动会蛮厉害，而且也会失步。 3、程NETWORK 1 // 用于单段脉冲串操作的主程序（PTO） // 首次扫描时，将映像寄存器位设为低 // 并调用子程序0 LD R 1 CALL SBR_0 NETWORK 1 // 子程序0开始 LD MOVB 16#8D SMB67 // 设置控制字节： // - 选择PTO操作 // - 选择单段操作 // - 选择毫秒增加 // - 设置脉冲计数和周期数值 // - 启用PTO功能 MOVW +500 SMW68 // 将周期设为500毫秒。 MOVD +4 SMD72 // 将脉冲计数设为4次脉冲。 ATCH INT_0 19 // 将中断例行程序0定义为 // 处理PTO完成中断的中断。 ENI // 全局中断启用
PLS 0 // 激活PTO操作，PLS0 =》 MOVB 16#89 SMB67 // 预载控制字节，用于随后的 // 周期改动。 NETWORK 1 // 中断0开始 // 如果当前周期为500毫秒： // 将周期设为1000毫秒，并生成4次脉冲 LDW= SMW68 +500 MOVW +1000 SMW68 PLS 0 CRETI NETWORK 2 // 如果当前周期为1000毫秒： // 将周期设为500毫秒，并生成4次脉冲 LDW= SMW68 +1000 MOVW +500 SMW68 PLS 0序注释 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解相关PLC产品的选型，报价，采购，参数，图片，批发等信息，请关注艾驰商城。
步进电动机的工作原理与特点
步进电动机的工作原理及特点随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，它广泛用于打印机、电动玩具等消费类产品以及数控机床、工业机器人、医疗器械等机电产品中，其在各个国民经济领域都有应用。研究步进电机的控制系统，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。 1 步进电机概述 步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机，国外一般称为Steppingmotor、Pulse motor或Stepper servo，其应用发展已有约80年的历史。步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或角位移的控制电机，其位移速度与脉冲频率成正比，位移量与脉冲数成正比。步进电机在结构上也是由定子和转子组成，可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场，该矢量场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁极磁场方向与定子的磁场方向一着该磁场旋转一个角度。因此，控制电机转子旋转实际上就是以一定的规律控制定子绕组的电流来产生旋转的磁场。每来一个脉冲电压，转子就旋转一个步距角，称为一步。根据电压脉冲的分配方式，步进电机各相绕组的电流轮流切换，在供给连续脉冲时，就能一步一步地连续转动，从而使电机旋转。步进电机每转一周的步数相同，在不丢步的情况下运行，其步距误差不会长期积累。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，同时步进电机只有周期性的误差而无累积误差，精度高，步进电动机可以在宽广的频率围通过改变脉冲频率来实现调速、快速起停、正反转控制等，这是步进电动机最突出的优点[1]。 正常情况下，步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比；连续输入一定频率的脉冲时，电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。由于步进电动机能直接接收数字量的输入，所以特别适合于微机控制。 2国外的研究概况 步进电机是国外发明的。中国在文化大革命中已经生产和应用，例如、、、、都生产，而且都在各行业使用，驱动电路所有半导体器件都是完全国产化的，当时是全分立元器件构成的逻辑运算电路，还有电容耦合输入的计数器，触发器，环形分配器。国外在大功率的工业设备驱动上，目前基本不使用大扭矩步进电动机，因为从驱动电路的成本，效率，噪音，加速度，绝对速度，系统惯量与最大扭矩比来比较，比较不划算，还是用直流电动机，加电动机编码器整体技术和经济指标高。一些少数高级的应用，就用空心转杯电机，交流电机。国外在小功率的场合，还使用步进电机，例如一些工业器材，工业生产装备，打印机，复印件，速印机，银行自动柜员机。国外用许多现代的手段将步进电机排挤出驱动应用，除了前面提到的旋转编码器，打印机还使用光电编码带或感应编码带配合直流电动机，实现闭环直线位移控制。国过去是用大力矩步进电动机实现机床数控，有实力的公司现在也采用交流电动机驱动数控机床，在驱动设备的主要差距，是国外对交流电动机的控制理论与工程分析和应用能力强，先进的控制理论作为软件，写在控制器部。 总的来说，步进电机是一种简易的开环控制，对运用者的要求低，不适合在大功率的场合使用。 在卫星、雷达等应用场合，中国在文化大革命后期，就生产了力矩电机，就生产了环形
步进电机自动控制系统
步进电机自动控制系统 设计内容 设计用P C机对四相步进电机，方向，步数及自动化控制系统，并编写汇编程序实现相应轻能。 设计要求 （1）设计控制系统硬件电机。 （2）由8255键盘控制电机的方向，走的步数,并由数码管显示相应的参数。 （3）在命令执行结束后，由PC内部扬声器发出信号提示。 设备与器材 PC机一台，TPC－1实验台一个，并行接口8255一片，步进电机一个，LED数码管4个，74ls164按键11个，GAL芯片一个，74LS245一片。 硬件方案 硬件共分成5个模块：①译码驱动电路，②8255控制键盘模块③8255LED显示模块，④步电机驱动模块，⑤步进电机模块 a) 译码驱动电路 方案一使用适当的门电路来实现不同地址的，用74LS245做数据驱动，缺点： 由于只使用门电路，电路连线非常复杂 方案二使用76LS138和适当门电路实现译码，相对于方案一电路复杂度有一定的改观，在TPC实验箱上使用这种译码方案 方案三使用可编程逻辑器件GAL16V8实现译码功能，用GAL优点：成本低，电路连线少。本设计选择这个方案来实现译码功能。 a)键盘模块 方案一用8255 12个口直接接按键，此方法成本高，不使用行列法，浪费端口，如用行列法只用7个端口。 方案二使用2个74LS273或74LS373控制键盘，其中一个控制行，273反向从键盘中读数据，另一个控制列选，273正向向键盘发数据。 方案三使用7281芯片同时控制键盘和数码，7281通过串行口和总线通信，端口使用少，且操作方便。 方案四PC0~4，PB0~4分别控制16个按键。由于本模块技术已经成熟，在应用中广泛使用，所以本设计选择此方案来实现。 c) LED数码管显示模块 方案一74LS138一片，ULN2803A一片和74HC573一片，来实现显示，74LS138译 码送UNL2083A通过UNL2083A控制位，通过74HC573控制数据，本方案，成本较高，要单片机中有使用比较多。 方案二使用一片8255A控制两个74HC573和一个正相驱动器74LS07和一个反相驱 动器74LS06分别控制4个LED位选和编码数据传输。此方案用到了8255A由于模块②中用到的8255A3个口都以使用，再用一个8255A成本比较高。 方案三通过一个片信号，两个74HC373和一个正相驱动器74LS06和一个反相驱动 器74LS07分别控制3个LED位选和编码数据传输。此方案成本低，但是软件实现的点复杂。 方案四使用4个74HC373和控制4个LED编码数据，用8255A PC高位和总线片选信号控制数据输入位选，由于是静态显示，一般用于1个或2个数码管的显示。 方案五使用4个74LS164，通过串行移位来实现LED显示。成本不高，使用端口少，可以直接通过8255PC7和PB7口，一个做为移位控制，一个送数据。本设计使用此方案 d) 步进电机驱动模块
用PLC控制步进电机的相关指令说明
用PLC控制步进电机的相关指令 下面介绍的指令只适用于FX1S、FX1N系列的晶体管输出PLC，如高训的FX1N-60MT。这些指令主要是针对用PLC直接联动伺服放大器，目的是可以不借助其他扩展设备（例如1GM模块）来进行简单的点位控制，使用这些指令时最好配合三菱的伺服放大器（如MR-J2）。 然而，我们也可以用这些指令来控制步进电机的运行，如高训810室的实验台架。下面我们来了解相关指令的用法： 1、脉冲输出指令PLSY（FNC57） PLSY指令用于产生指定数量的脉冲。助记法为HZ、数目Y出来。指令执行如下： 2、带加减速的脉冲输出指令PLSR（FNC59） 3、回原点ZRN（FNC156）--------重点撑握 ZRN指令用于校准机械原点。助记法为高速、减速至原点。指令执行如下：
4、增量驱动DRVI（FNC158）--------重点撑握 DRVI为单速增量驱动方式脉冲输出指令。这个指令与脉冲输出指令类似但又有区别， 只是根据数据脉冲的正负多了个转向输出。本指令执行如下： 5、绝对位置驱动指令DRVA（FNC159） 本指令与DRVI增量驱动形式与数值上基本一样，唯一不同之处在于[S1.]： 在增量驱动中，[S1.]指定的是距离，也就是想要发送的脉冲数；而在绝对位置驱动指令中， [S1.]定义的是目标位置与原点间的距离，即目标的绝对位置。
下面以高训810室的设备为例，说明步进电机的驱动方法： 在用步进电机之前，请学员考虑一下几个相关的问题： 1、何谓步进电机的步距角？何为整步、半步？何谓步进电机的细分数？ 2、用步进电机拖动丝杆移动一定的距离，其脉冲数是如何估算的？ 3、在步进顺控中运用点位指令应注意什么？（切断电源的先后问题！） 步进电机测试程序与接线如下： 1、按下启动按钮，丝杆回原点，5秒钟后向中间移动，2秒后回到原点。
PLC控制步进电机的实例(图与程序)
PLC控制步进电机的实例(图与程序) ·采用绝对位置控制指令(DRVA)，大致阐述FX1S控制步进电机的方法。由于水平有限，本实例采用非专业述语论述，请勿引用。 ·FX系列PLC单元能同时输出两组100KHZ脉冲，是低成本控制伺服与步进电机的较好选择！ ·PLS+，PLS-为步进驱动器的脉冲信号端子，DIR+，DIR-为步进驱动器的方向信号端子。 ·所谓绝对位置控制(DRVA),就是指定要走到距离原点的位置，原点位置数据存放于32位寄存器D8140里。当机械位于我们设定的原点位置时用程序把D8140的值清零，也就确定了原点的位置。 ·实例动作方式：X0闭合动作到A点停止，X1闭合动作到B点停止，接线图与动作位置示例如左图(距离用脉冲数表示)。 ·程序如下图：(此程序只为说明用，实用需改善。) ·说明： ·在原点时将D8140的值清零(本程序中没有做此功能) ·32位寄存器D8140是存放Y0的输出脉冲数，正转时增加，反转时减少。当正转动作到A点时，D8140的值是3000。此时闭合X1，机械反转动作到B点，也就是-3000的位置。D8140的值就是-3000。 ·当机械从A点向B点动作过程中，X1断开(如在C点断开)则D8140的值就是200，此时再闭合X0，机械正转动作到A点停止。 ·当机械停在A点时，再闭合X0，因为机械已经在距离原点3000的位置上，故而机械没有动作！
·把程序中的绝对位置指令(DRVA)换成相对位置指令(DRVI)： ·当机械在B点时(假设此时D8140的值是-3000)闭合X0，则机械正转3000个脉冲停止，也就是停在了原点。D8140的值为0 ·当机械在B点时(假设此时D8140的值是-3000)闭合X1，则机械反转3000个脉冲停止，也就是停在了左边距离B点3000的位置(图中未画出)，D8140的值为-6000。 ·一般两相步进电机驱动器端子示意图： ·FREE+，FREE-：脱机信号，步进电机的没有脉冲信号输入时具有自锁功能，也就是锁住转子不动。而当有脱机信号时解除自锁功能，转子处于自由状态并且不响应步进脉冲。 ·V+，GND：为驱动器直流电源端子，也有交流供电类型。 ·A+，A-，B+，B-分别接步进电机的两相线圈。
五项步进电动机的控制
毕业设计（论文） 学院 专业 姓名
XX大学 毕业设计（论文）任务书
前言 随着现代工业自动化的日益发展，电动机作为重要的电器元件，被广泛的应用在各种自动化控制系统中。步进电动机由于其具有易于电脑操作、步数误差小、精度高、使用系统时间长和成本低等优点，被广泛应用于工业控制中。其中五相混合式步进电机总体性能优于其它种类的步进电动机，是工业上应用最为广泛的步进电动机品种，被广泛的应用在各个领域中。所以对五相步进电动机实现自动化是工业自动化的必然趋势。打印机作为计算机的输出设备之一，运用步进电动机作为打印机的字车动力源和走纸机构，通过牵引机构将步进电动机的转动转变为走纸移动，可以实现打印纸的纵向移动，因其要求精度比较高，所以，打印机的走纸结构能够使用五相步进电动机来控制。对五相步进电动机的使用，工业中应用比较广泛，但大都应用于高精度的机床控制系统中，整个系统比较庞大，所以，本文以步进电动机在的打印机中的精密控制为背景介绍使用PLC控制五相步进电动机按照给定频率自动运行和自由调速的模拟控制方法。
摘要 主要阐述了以五相步进电动机在针式打印机走纸结构中的应用为背景，介绍了一种用三菱FX-2N系列PLC实现对规格型号90BYG550A-0301的五相步进电动机控制的方法，利用PLC产生脉冲信号对五相步进电动机进行模拟控制，实现对五相步进电动机五个绕组的通电状态，达到五相步进电动机按照固定速度的循环自动运行的目的，并实现步进电动机正反转和调速控制。用PLC控制五相步进电动机驱动针式打印机的走纸结构控制纸张的进退，实现打印机的打印工作。基于PLC控制的步进电动机具有设计简单，实现方便，定位精度搞，参数设置灵活等有点，在工业过程控制中使用可靠性高，监控方便。本设计还包括步进电动机的工作原理和特点，PLC的主要功能和应用，各硬件软件元件的介绍选择以及控制程序的编程方法。 关键字：五相步进电动机，PLC控制
基于PLC三相步进电动机控制系统设计(三相步进电动机PLC控制系统)
目录 1 概述 (1) 1.1 PLC控制步进电机研究的意义 (1) 2 基于PLC的步进电机控制系统设计 (9) 2.1 系统的组成及功能 (9) 2.2 步进电机特性 (9) 2.3 PLC介绍 (12) 2.4 步进电机控制系统程序设计 (13) 3 磁头定位 (20) 3.1 硬盘工作原理 (20) 3.2 磁头及定位系统 (23) 4 难题及解决过程 (24) 5 结论 (25) 结束语 (28) 致谢 (29) 参考文献 (30) 附录A (31)
1 概述 1.1 PLC控制步进电机研究的意义 基于步进电动机良好的控制和准确定位特性，被广泛应用在精确定位方面，诸如数控机床、绘图机、扎钢机、自动控制计算装置、自动记录仪表等自动控制领域。 PLC作为简单化了的计算机，功能完备、灵活、通用、控制系统简单易懂，价格便宜，可现场修改程序，体积小、硬件维护方便，价格便宜等优点，在全世界广泛应用，为生产生活带来巨大效益方便。因此，通过研究用PLC来控制步进电动机的，既可实现精确定位控制，又能降低控制成本，还有利于维护。以往的步进电动机需要靠驱动器来控制，随着技术的不断发展完善，PLC具有了通过自身输出脉冲直接步进电动机的功能，这样就有利于步进电动机的精确控制。本课题《基于PLC的步进电机磁头定位系统设计》就是利用PLC控制步进电机在硬盘工作时磁头定位的研究。 1.2 国内外关于步进电机和PLC的应用状况 1.2.1 步进电机方面 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行元件。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（称为“步距角”），它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机、交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。控制涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。 目前，国内生产步进电机的厂家的确不少，但具有专业技术人员，能够自行开发，研制的厂家却非常少，大部分的厂家只有一、二十人，连最基本的设备都没有。仅仅处于一种盲目的仿制阶段。这就给用户在产品选型、使用中造成许多麻烦。签于上述情况，选用步进电机时应该十分注意以下一些指标。 （1）步进电机的静态指标术语 相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。常用m表示。 拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，
步进电动机概念及其工作原理
步进电动机概念及其工作原理 步进电动机是一种将脉冲信号变换成相应的角位移(或线位移)的电磁装置，是一种特殊的电动机。一般电动机都是连续转动的，而步进电动机则有定位和运转两种基本状态，当有脉冲输入肘步进电动机一步一步地转动，每给它一个脉冲信号，它就转过一定的角度。步进电动机的角位移量和输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步，因此只要控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电的相序，便可获得所需的转角、转速及转动方向。在没有脉冲输入时，在绕组电源的激励下气隙磁场能使转子保持原有位置处于定位状态。步进电动机按其输出转矩的大小来分，可以分为快速步进电动机和功率步进电动机。快速步进电动机连续工作频率高而输出转矩较小，一般在N·cm级，可以作为控制小型精密机床的工作台(例线切割机床)也可以和液压转矩放大器组成电液脉冲马达去驱动数控机床的工作台，而功率步进电动机的输出转矩就比较大是N·m级的，可以直接去驱动机床的移动部件。步进电动机按其励磁相数，可以分为三相、四相、五相、六相甚至八相。一般来说随着相数的增加，在相同频率的情况下，每相导通电流的时间增加，各相平均电流会高些，仍而使电动机的转速—转矩特性会好些，步距角亦小。但是随着相数的增加，电动机的尺寸就增加，结构亦复杂，目前多用3～6相的步进电动机。由于步进电动机的转速随着输入脉冲频率变化而变化，调速范围很广，灵敏度高，输出转角能够控制，而且输出精度较高，又能实现同步控制，所以广泛地使用在开环系统中，也还可用在一般通用机床上，提高进给机构的自动化水平。步进电动机按其工作原理来分，主要
有磁电式和反应式两大类，这里只介绍常用的反应式步进电动机的工作原理，现用下图的步进电动机的简化图来加以说明。 在电动机定子上有A、B、C三对磁极，磁极上绕有线圈，分别称之为A相、B 相和C相，而转子则是一个带齿的铁心，这种步进电动机称之为三相步进电动机。如果在线圈中通以直流电，就会产生磁场，当A、B、C三个磁极的线圈依次轮流通电，则A、B、C三对磁极就依次轮流产生磁场吸引转子转动。首先有一相线圈(设为A相)通电，则转子1、3两齿被磁极A吸住，转子就停留在图5—5a的位置上。然后，A相断电，6相通电，则磁极A的磁场消失磁极B产生了磁场，磁极召的磁场把离它最近的2、4两齿吸引过去，停止在图b的位置上，这时转子逆时针转了30°。再接下去B相断电，C相通电。根据同样道理，转子又逆时针转了30°，停止在图c的位置上。若再A相通电，C相断开，那么转子再逆转30°，使磁极A的磁场把2、4两个齿吸住。定子各相轮流通电一次转子转过一个齿。这样按A→B→C→A→B→C→A→…次序轮流通电，步进电动机就一步一步地按逆时针方向旋转。通电线圈每转换一次，步进电动机旋转30°，我们把步进电动机每步转过的角度称之为步距角。如果把步进电动机通电线圈转换的次序倒过来换成A→C→B→A→C→B→…的顺序，则步进电动机将按顺时针方向旋转，所以要改变步进电动机的旋转方向可以在仸何一相通电时进行。 步进电动机
文献综述-步进电动机的微机控制
文献综述 电气工程及其自动化 步进电动机的微机控制 前言：进电动机属于DC驱动的同步电动机，它是纯粹的数字控制电动机。它是将电脉冲激励信号转换成相应的角位移或线位移的离散值控制电动机，这种电动机每当输入一个电脉冲就动一步，所以又称脉冲电动机。近30年来，数字技术、计算机技术和永磁材料的迅速发展推动了步进电动机的发展，为步进电动机的应用开辟了广阔的前景。 步进电动机系统是由步进电动机及其驱动控制电路构成的。近二十年来,电力电子技术、微电子技术和微处理器技术的飞速发展，极大地推动了步进电动机驱动控制技术的进步，并使之在不断完善中趋于成熟。步进电动机驱动控制技术的发展，在使得步进电动机系统获得更加广泛应用的同时，也使得步进电动机与其驱动电路装置日益成为不可分割的一个整体。步进电动机驱动电路的合理设计与改进，需要对步进电动机运行机理和具体结构设计的透彻了解与深入分析。同时，步进电动机系统的性能和运行品质在很大程度上取决于其驱动电路的结构与性能，同一台电动机配以不同类型的驱动电路，其性能会有较大差异。抛开驱动电路来谈步进电动机的性能是不完全的。 步进电动机主要用于数字控制系统中，精度高，运行可靠。如采用位置检测和速度反馈，亦可实现闭环控制。步进电动机已广泛地应用于数字控制系统中，如数模转换装置、数控机床、计算机外围设备、自动记录仪、钟表、和磁盘等等之中，另外在工业自动化生产线、印刷设备如打印机、绘图机等中亦有应用。 正文：国内外关于步进电动机的研究主要在它本身的性能提高，应用领域的不断拓广，电动机外形的改变和不同的更先进的控制方式。 1、步进电动机的发展历史与概要。 步进电动机的发展过程 步进电动机的机理是基于最基本的电磁铁作用、其原始模型起源于1830年至1860年间。1870午前后开始以控制为目的的尝试、应用于氮弧灯的电极输送机构中。这被认为是最初的步进电动机。 此后，在电话自动交换机中广泛使用了步进电动机。不久又在缺乏交流电源的船舶和飞
步进电动机控制方法
<<技能大赛自动线的安装与调试>>项目二等奖 心得二 心得二：步进电机的控制方法 我带队参加《2008年全国职业院校技能大赛自动线的安装与调试》项目，我院选手和其他院校的三位选手组成了天津代表队，我院选手所在队获得了《2008年全国职业院校技能大赛自动线的安装与调试》项目二等奖，为天津市代表队争得了荣誉，也为我院争得了荣誉。以下是我这个作为教练参加大赛的心得二：步进电机的控制方法 《2008年全国职业院校技能大赛自动线的安装与调试》项目的主要内容包括如气动控制技术、机械技术（机械传动、机械连接等）、传感器应用技术、PLC控制和组网、步进电机位置控制和变频器技术等。但其中最为重要的就是PLC方面的知识，而PLC中最重要就是组网和步进电机的位置控制。 一、 S7-200 PLC 的脉冲输出功能 1、概述 S7-200 有两个置PTO/PWM 发生器，用以建立高速脉冲串（PTO）或脉宽调节（PWM）信号波形。 当组态一个输出为PTO 操作时，生成一个50%占空比脉冲串用于步进电机或伺服电 机的速度和位置的开环控制。置PTO 功能提供了脉冲串输出，脉冲周期和数量可由用户控制。但应用程序必须通过PLC内置I/O 提供方向和限位控制。 为了简化用户应用程序中位控功能的使用，STEP7--Micro/WIN 提供的位控向导可以帮助您在几分钟内全部完成PWM，PTO 或位控模块的组态。向导可以生成位置指令，用户可以用这些指令在其应用程序中为速度和位置提供动态控制。 2、开环位控用于步进电机或伺服电机的基本信息 借助位控向导组态PTO 输出时，需要用户提供一些基本信息，逐项介绍如下： ⑴最大速度（MAX_SPEED）和启动/停止速度（SS_SPEED） 图1是这2 个概念的示意图。 MAX_SPEED 是允许的操作速度的最大值，它应在电机力矩能力的范围。驱动负载所需的力矩由摩擦力、惯性以及加速/减速时间决定。
步进电机闭环控制系统
步进电机闭环控制系统
几种典型的步进电机闭环控制系统 哈尔滨工业大学 【摘要】系统阐述了步进电动机闭环控制系统的优点，给出了几种典型的闭环控制系统，并提出了步进电动机高精度定位系统的设计思想。【叙词】步进电机闭环系统／高精度定位 l概述 步进电机是机电一体化产品中的关键元件之一，是一种性能良好的数字化执行元件。它能够将电的脉冲信号转换成相应的角位移，是一种离散型自动化执行元件。随着计算机控制系统的发展，步进电动机广泛应用于同步系统、直线及角位系统、点位系统、连续轨迹控制系统以及其它自动化系统中，是高科技发展的一个重要环节。 2步进电动机闭环系统与开环系统比较[1- 步进电机的主要优点之一是适于开环控制。在开环控制下，步进电动机受具有予定时间间隔的脉冲序列所控制，控制系统中无需反馈传感器和相应的电子线路。这种线路具有简单、费用低的特点，使步进电动机的开环控制系统得以广泛的应用。
c．闭环控制下，效率一转矩曲线提高。 d．采用闭环控制，可得到比开环控制更高的运行速度，更稳定、更光滑的转速。 e.利用闭环控制，步进电动机可自动地、有效地被加速和减速。 f．闭环控制相对开环控制在快速性方面提高的定量评价，可借助比较Ⅳ步内通过某个路径间隔的时间得出： 式中n-步进电动机转换拍数(N>n) g．应用闭环驱动，效率可增到7.8倍，输出功率可增到3.3倍，速度可增到3.6倍。 闭环驱动的步进电机的性能在所有方面均优于开环驱动的步进电动机。步进电机闭环驱动具有步进电动机开环驱动和直流无刷伺服电机的优点。因此，在可靠性要求很高的位置控制系统中，闭环控制的步进电动机将获得广泛应用。3编码器形式的步进电动机阕环控制系统步进电机的闭环控制最早是采用编码器的形式，图1是其原理示意图。初始状态，系统受一相或几相激磁而静止。开始工作后，先把目标位置送入减法计数器；然后，“起动”脉冲信号加到
步进电动机控制系统设计报告
单片机原理与应用课程设计说明书 题目：步进电动机控制系统设计 系部： 专业： 班级：2013级1班 学生姓名: 学号: 指导教师: 2013年 6 月22 日
目录 1.项目设计任务与要求 (1) 2．项目设计方案 (1) 2.1设计思路 (1) 2.2器件选择方案 (1) 2.2.1 单片机的选择 (1) 2.2.2 AT80C51的主要性能 (1) 2.2.3 AT80C51引脚图 (2) 2.2.4 管脚作用： (2) 2.2.5 四相步进电动机工作原理 (3) 3 .硬件电路设计 (5) 3.1步进电动机介绍 (5) 3.2 步进电动机控制系统电路设计 (5) 3.3步进电动机驱动电路 (5) 3.4按键与指示电路 (6) 3.5晶振电路和复位电路 (8) 4.项目软件设计 (9) 5.项目仿真与调试 (12) 5.1程序的调试 (12) 5.2步进电动机控制系统仿真 (13) 5.2.1步进电动机正转仿真 (13) 5.2.2步进电动机反转仿真 (14) 5.2.3步进电动机停止仿真 (14) 6.结论 (15) 7.附录 (16) 参考文献 (18)
1.项目设计任务与要求 使用80C51单片机对四相步进电动机进行控制，使其能够顺时针或逆时针旋转。 1)电动机运行平稳，正反转控制自如； 2）根据要求改变运行圈数和运行速度； 3)写出详细的电路工作原理、参数计算； 4)画出仿真电路图； 5)仿真测试并记录结果。 2．项目设计方案 2.1设计思路 步进电动机驱动原理如下：单片机发出脉冲信号，控制步进电动机定子的各相绕组以适当的时序通、断电，使其作步进式旋转。四相步进电动机各相绕组的通电顺勋可以单四拍（A→B→C→D）、双四拍（AB→BC→CD→DA）和单双八拍（A→AB→B→BC →C→CD→D→DA）的方式进行。按上述顺序切换，步进电动机转子按顺时针方向旋转。若通电顺序相反，则电动机转子按逆时针方向旋转。 2.2器件选择方案 2.2.1 单片机的选择 本设计采用AT80C51单片机，80C51单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且其功耗低、体积小、价格便宜、耗电低、技术成熟和成本低等优点。许多功能部件集成在芯片内部，其信号通道受外接影响小，可靠性高，控制能力强，运行速度快等特点。 2.2.2 AT80C51的主要性能 1．与STC89C52 单片机产品系列兼容； 2．片内有4KB可在线重复编程的快闪擦写存储器； 3.存储数据保存时间为10年； 4.宽工作电压范围：VCC可为2.7V到6V； 5.全静态工作：可从0Hz至16MHz ； 6.程序存储器具有3级加密保护； 7.128*8位内部RAM； 8.32条可编程I/O线； 9.两个16位定时器/计数器； 10.中断结构具有5个中断源和2个优先级； 11.可编程全双工串行通道；
步进电动机控制系统设计
安徽机电职业技术学院 毕业论文 步进电动机控制系统设计 系（部）电气工程系 专业电机与电器 班级电机3091 姓名徐亮 学号1306093050 指导教师陈莉娟 2011～2012学年第1学期
指导教师评语 等级签名日期
安徽机电职业技术学院2012届毕业生 毕业设计（论文）成绩评定单成 姓名专业电机与电器班级电机3091 课题 评分标准分值得分 指导教师评语（40分）设计方案合理、实用、经济、原理分析正确、严密，内容完整。10 计算方法正确，计算结果准确，程序设计正确简洁，工艺合理。5 元器件（材料）选择合理，明细表规范。5 图面清晰完整，布局、线条粗细合理，符合国家标准。 5 文字叙述简明扼要，书写规范。 5 按时独立完成，同学相互关心，遵守制度，认真负责。10 合计得分：指导教师签名：日期：年月日 评阅教师评分（30分）内容充实，有阶段性成果，有应用价值。 10 图纸、论文如实反映设计成果，有理论分析，又有实践过程。10 语句通顺，思路清晰，符合逻辑。 5 图标清晰，文字工整，字符和曲线标准化。5 合计得分：评阅教师签名：日期：年月日 答辩评分（30分）自述条理明确，重点突出。5 基本概念清楚，回答问题正确。 15 专业知识运用灵活，解决问题技术措施合理。10 合计得分：答辩组长签名：日期：年月日 总得分：等级系主任签名：日期：年月日
安徽机电职业技术学院毕业论文（设计）指导过程记录表题目基于过程控制的PID控制器设计 学生姓名学号1305073059指导教师徐林 系部电气系班级过自3071顺序号第1-6次 学生完成毕业论文（设计）内容情况第一周:指导老师布置毕业设计课题，要求学生查阅有关毕业设计的相关资料； 第二周：指导老师带领学生到实验室熟悉实验设备，并要求每个学生都能熟练掌握实验设备的使用方法； 第三周：在指导老师的指导下，完成双容水箱的简单PID控制系统设计； 第四周：在指导老师的带领下，到实验室完成双容水箱的简单PID 控制系统的实验并记录相关实验数据。 第五周:在指导老师的指导下，完成前馈—反馈控制系统的设计； 第六周：在指导老师的带领下，到实验室完成前馈—反馈控制系统的实验并记录相关实验数据，并且和双容水箱的简单PID控制系统的实验数据相比较，得出结论：前馈-反馈控制系统不仅能够改善简单PID控制系统的控制效果，而且具有更大的灵活性、抗干扰性、 适应性和更好的控制精度。 学生签名： 时间：年月日 教师指导 内容记录 教师签名： 时间：年月日
基于PLC的步进电机控制
2014 ~ 2015 学年第 1 学期 《电气控制及PLC 》课程设计报告 题目：步进电机的PLC控制设计 专业：自动化 班级： 11自动化(1)班 姓名：李勇李亚李新明荆欢 贾伟黄龙飞皇甫趁心 指导教师：江春红 电气工程学院 2014年10月31日
1、任务书
摘要 步进电机可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。步进电机作为制执行元件，是电气自动化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统和精密机械等领域。例如，在仪器仪表，机床设备以及计算机的外围设备中（如打印机和绘图仪等），凡需要对转角进行精确控制的情况下，使用步进电机最为理想。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。软件PLC综合了计算机和PLC的开关量控制、模拟量控制、数学运算、数值处理、网络通信、PID调节等功能，通过一个多任务控制内核，提供强大的指令集、快速而准确的扫描周期、可靠的操作和可连接各种I/O系统的及网络的开放式结构。用PLC控制步进电机的定位、转向、调速、细分有很大的优势与前景。此次设计是利用PLC 的控制方法，上位机的监控功能，在试验室进行模拟实现的。试验结果达到了预期的功能。 关键词：软PLC；步进电机；上位机；定位；转向；调速；细分
目录 1引言 0 2.方案论证与对比 0 2.1 方案一 0 2.2 方案二 0 2.3 方案对比与选择 (1) 3、系统设计 (1) 3.1 PLC内部原理 (1) 3.2 二相混合式步进电机工作原理 (3) 3.3 驱动器原理 (4) 3.4硬件与软件设计 (4) 4、组态的设计 (6) 4.1 I/O 口的定义 (6) 4.2 构造数据库 (6) 4.3 建立动画连接 (7) 5、系统功能调试与性能分析 (7) 5.1系统调试中的问题及解决方案 (7) 5.1.1软件调试 (7) 5.1.2、正反转未响应 (8) 5.1.3、定位的误差 (8) 5.1.4、组态设计中的问题 (8) 5.1.5、其它 (8) 6、详细仪器清单 (8) 7、总结与致谢 (8) 参考文献 (10) 附录一梯形图 (11) 附录二源程序 (13)
基于单片机的步进电动机控制器的设计
第一部分培训软件简介 Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前比较好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。 Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多种编译器。 Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（μVision）将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。 第二部分培训项目实例 培训项目一：基于单片机的步进电动机控制器的设计 项目要求： 采用单片机对步进电机进行控制，包括正转、反转、加速、减速和停止，同时采用液晶显示屏显示步进电动机的运行情况。 培训目的： 1.掌握步进电机的工作原理；
第十三章 步进电动机传动控制系统
第十三章步进电动机传动控制系统 13.1、通过分析步进电动机的工作原理和通电方式，可得出哪几点结论？ 答：步进电动机的位移量与输入脉冲数严格成正比，这就不会引起误差的积累，其转速与脉冲频率和步矩角有关。控制输入脉冲数量、频率及电动机各组的接通次序，可以得到各种需要的运行特征。 13.2、步进电动机的运行特性与输入脉冲频率有什么关系？ 答：当脉冲信号频率很低时，控制脉冲以矩形波输入，电流比较接近于理想的矩形波。如果脉冲信号频率增高，由于电动机绕组中的电感有阻止电流变化的作用，因此电流波形发生畸变。如果脉冲频率很高，则电流还来不及上升到稳定值就开始下降，于是，电流的幅值降低，因而产生的转矩减小，致使带负载的能力下降。故频率过高会使步进电动机启动不了或运行时失步而停下。因此，对脉冲信号频率是有限制的。 13.3、列出三相六拍环形分配器的反向环形分配表。 13.4、试修改环形分配器子程序，以实现步进电动机的反向运转。 答：反转子程序如下： HXFB：LD A，B CP A，03H JR Z，DYY INC A JR ROUT DYY: LD A，00H ROUT: LD L，A LD L，00H ADD HL，K LD A，(HL) OUT (PIODRA)，A RET 13.5、步进电动机对驱动电路有何要求？常用驱动电路有什么类型？各有什么特点？ 答：步进电动机的驱动电路实际上是一种脉冲放大电路，使脉冲具有一定的功率驱动能力。 由于功率放大输出直接驱动电动机绕组，因此，功率放大电路的性能对步进电动机的运行性能有很大的影响。因此，对驱动电路要求的核心问题是如何提高步进电动机的快速性和平稳性。 常用的驱动电路类型有：1、单电压限流型驱动电路。电阻R上有功率消耗。为了提高快速性，需要加大R的阻值，随着阻值的加大，电源的电压也势必提高，功率消耗也
步进电机闭环控制系统
几种典型的步进电机闭环控制系统 哈尔滨工业大学 【摘要】系统阐述了步进电动机闭环控制系统的优点，给出了几种典型的闭环控制系统，并提出了步进电动机高精度定位系统的设计思想。 【叙词】步进电机闭环系统／高精度定位 l概述 步进电机是机电一体化产品中的关键元件之一，是一种性能良好的数字化执行元件。它能够将电的脉冲信号转换成相应的角位移，是一种离散型自动化执行元件。随着计算机控制系统的发展，步进电动机广泛应用于同步系统、直线及角位系统、点位系统、连续轨迹控制系统以及其它自动化系统中，是高科技发展的一个重要环节。 2步进电动机闭环系统与开环系统比较[1- 步进电机的主要优点之一是适于开环控制。在开环控制下，步进电动机受具有予定时间间隔的脉冲序列所控制，控制系统中无需反馈传感器和相应的电子线路。这种线路具有简单、费用低的特点，使步进电动机的开环控制系统得以广泛的应用。 但是，步进电机的开环控制无法避免步进电动机本身所固有的缺点，即共振、振荡、失步和难以实现高速。另一方面，开环控制的步进电动机系统的精度要高于分级是很困难的，其定位精度比较低。因此，在精度和稳定性标准要求比较高的系统中，就必须果用闭环控制系统。 步进电动机的闭环控制是采用位置反馈和（或）速度反馈来确定与转子位置相适应的相位转换，可大大改进步进电动机的性能。 在闭环控制的步进电机系统中，或可在具有给定精确度下跟踪和反馈时，扩大工作速度范围，或可在给定速度下提高跟踪和定位精度，或可得到极限速度指标和极限精度指标。步进电动机的闭环控制性能与开环控制性能相比，具有如下优点： a．随着输出转矩的增加，二者的速度均以非线性形式下降，但是，闭环控制提高了矩频特性。 b．闭环控制下，输出功率／转矩曲线得以提高，原因是，闭环下，电机励磁转换是以转子位置信息为基础的，电流值决定于电机负载，因此，即使在低速度范围内，电流也能够充分转换成转矩。 c．闭环控制下，效率一转矩曲线提高。 d．采用闭环控制，可得到比开环控制更高的运行速度，更稳定、更光滑的转速。 e.利用闭环控制，步进电动机可自动地、有效地被加速和减速。 f．闭环控制相对开环控制在快速性方面提高的定量评价，可借助比较Ⅳ步内通过某个路径间隔的时间得出： 式中n-步进电动机转换拍数(N>n) g．应用闭环驱动，效率可增到7.8倍，输出功率可增到3.3倍，速度可增到3.6倍。 闭环驱动的步进电机的性能在所有方面均优于开环驱动的步进电动机。步进电机闭环驱动具有步进电动机开环驱动和直流无刷伺服电机的优点。因此，在可靠性要求很高的位置控