第十一章--步进电机
第11章步进电动机
(chapter11 Stepper motor)
11.1 概述
步进电动机又称为脉冲电动机，是数字控制系统中的一种执行元件。其功用是将脉冲电信号变换为相应的角位移或直线位移，即给一个脉冲电信号，电动机就转动一个角度或前进一步，如图11 - 1所示。
图11 - 1 步进电动机的功用
步进电动机的角位移量θ或线位移量s与脉冲数k成正比，如图11 - 2(a)所示；它的转速n，或线速度v与脉冲频率f成正比，如图11 - 2(b)所示。在负载能力范围内这些关系不因电源电压、负载大小、环境条件的波动而变化。因而可适用于开环系统中作执行元件，使控制系统大为简化。步进电动机可以在很宽的范围内通过改变脉冲频率来调速；能够快速启动、反转和制动。它不需要变换能直接将数字脉冲信号转换为角位移，很适合采用微型计算机控制。
图11 - 2 步进电动机的控制特性
步进电动机是数控机床中的关键元件。步进电动机的功率做得越来越大，已生产出所谓“功率步进电动机”。它可以不通过力矩放大装置，直接由功率步进电
动机来带动机床运动，从而提高了系统精度，简化了传动系统的结构。从数控机床加工过程来看，对步进电动机的基本要求：
(1) 步进电动机在电脉冲的控制下能迅速启动、正反转、停转及在很宽的范围内进行转速调节；
(2) 为了提高精度，要求一个脉冲对应的位移量小，并要准确、均匀。这就要求步进电动机步距小、步距精度高，不得丢步或越步；
(3) 动作快速。即不仅起动、停步、反转快，并能连续高速运转以提高劳动生产率；
(4) 输出转矩大，可直接带动负载。
11.2 反应式步进电动机的工作原理和基本特点
11.2.1 典型结构和工作原理
按励磁方式分类，步进电动机可分为反应式(Variable Reluctance, VR)、永磁式(Permanent Magnet, PM)和混合式(Hybrid, HB)。其中反应式步进电动机用得比较普遍，结构也较简单，所以着重分析这类电机。
反应式步进电动机的工作原理与反应式同步电动机一样，也是利用凸极转子交轴磁阻与直轴磁阻之差所引起的反应转矩而转动的。为了便于说清问题，先以一个最简单的三相反应式步进电动机为例。
图11 - 6是一台三相反应式步进电动机，定子有6 个极，不带小齿，每两个相对的极上绕有一相控制绕组，转子只有4 个齿，齿宽等于定子的极靴宽。
1. 三相单三拍运行
(a) (b) (c)
图11 - 6 三相单三拍运行
(a) A相接通；(b) B相接通；(c) C相接通
2. 三相六拍运行
三相绕组的通电顺序为：
A→AB→B→BC→C→CA→A 共六拍
(a) (b) (c)
图11 - 7 三相六拍运行
(a) A相通电；(b) A、B相通电；(c) B相通电
总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称为三相六拍，步距角为15?。
3.三相双三拍
三相绕组的通电顺序为：
AB→BC→CA→AB共三拍。
工作方式为三相双三拍时，每通入一个电脉冲，转子也是转30?，即θ= 30?。
图11 – 5 四相反应式步进电动机的结构
?=?458360 ?=?2.750360 25.62.745=?
? ?=??8.12.725.0
图11–8 A 相通电时定、 转子齿的相对位置
如果运行方式改为四相八拍， 其通电方式为A - AB - B - BC - C - CD - D - DA - A …… 即单相通电和两相通电相间时，与上面三相步进电动机道理完全一样，当A 相通电转到A 、B 两相同时通电时，定、转子齿的相对位置由图11 - 8所示的位置变为图11 - 9那样的位置(只画出A 、 B 两个极下的齿)，转子按顺时针方向只转过1/8齿距角，即0.9°， A 极和B 极下的齿轴线与转子齿轴线都还错开1/8齿距角。
图11 – 9 A 、B 两相通电时定、转子齿的相对位置
11.2.2 基本特点
根据上述的工作原理可以归纳步进电动机基本特点如下：
(1) 步进电动机工作时，每相绕组由专门驱动电源通过“环形分配器”按一定规律轮流通电。例如一个按三相双三拍运行的环形分配器输入是一路，输出有A 、B 、C 三路。若开始是A 、B 这两路有电压，输入一个控制电脉冲后，就变成B 、 C 这两路有电压，再输入一个电脉冲，则变成C 、A 这两路有电压，再输入一个电脉冲，又变成A 、B 这两路有电压了。
环形分配器输出的各路脉冲电压信号，经过各自的放大器放大后送入步进电动机的各相绕组，使步进电动机一步步转动。图11 - 10表示三相步进电动机控制方框图，图11 - 11表示三相双三拍运行时控制电脉冲及各相控制电压随时间变化的波形图。
图11 - 10 控制方框图
图11 - 11 三相双三拍运行时各相控制电压波形图
每循环一次所包含的通电状态数称为“状态数”或“拍数”。同一台电机可有多种分配方式。不管分配方式如何，每循环一次，控制电脉冲U k 的个数总等于拍数N ，而加在每相绕组上的脉冲电压(或电流)个数却等于1，因而控制电脉冲频率f 是每相脉冲电压(或电流)频率f 相的N 倍， 即
N
f f 相
(2) 齿距角和步距角
齿距角为
R
t Z
360=θ 每输入一个脉冲电信号转子转过的角度称为步距角，用符号θb 表示。
N
Z N R t
b ?==360θθ 式中， N 为运行拍数， N =km (k =1, 2；m 为相数)。
(3) 反应式步进电动机转速
min)/(60r N Z f
n R =
min)/(63603606060r f N Z f N Z f n b R R θ
=?==
(4) 步进电机具有自锁能力。 当控制脉冲不断送入，各相绕组按照一定程序轮流通电时，步进电动机转子就一步步地转动。当控制脉冲停止时，如果某些相绕组仍通入恒定不变的电流(可称为直通电流)，那末转子将固定于某一位置上保持不动，称为静止状态。静止
状态时，即使有一个小的扰动，使转子偏离此位置，磁拉力也能把转子拉回来。对于多相步进电动机，定子控制绕组可以是一相通电，也可以是几相同时通电。
综上所述，由于步进电动机工作时的步数或转速既不受电压波动和负载变化的影响(在允许负载范围内)，也不受环境条件(温度、压力、冲击、振动等)变化的影响，只与控制脉冲同步，同时它又能按照控制的要求，实现启动、停止、反转或改变转速。因此，步进电动机被广泛地应用于各种数字控制系统。
11.3 步进电动机的矩角特性和静态转矩
11.3.1 单相通电时
单相通电时，通电相极下的齿产生转矩，这些齿与转子齿的相对位置及所产生的转矩都是相同的，故可以用一对定、转子齿的相对位置来表示转子位置，电机总的转矩等于通电相极下各个定子齿所产生的转矩之和。
图11 - 12 定、转子齿的相对位置(图中转子失调角θe)
图11 - 13 定、转子间的作用力
图11-14 步进电动机的矩角特性
11.3.2 多相通电时
一般来说，多相通电时的矩角特性和最大静态转矩T j m ax 与单相通电时不同。按照叠加原理，多相通电时的矩角特性近似地可以由每相各自通电时的矩角特性叠加起来求出。先以三相步进电机为例。三相步进电动机可以单相通电，也可以两相同时通电，下面推导三相步进电动机当两相通电时(如A 、B 两相)的矩角特性。如果转子失调角θe 是指A 相定子齿轴线与转子齿轴线之间的夹角，那末A 相通电时的矩角特性是一条通过0点的正弦曲线(假定矩角特性可近似地看作正弦形)，可以用下式表示：
e j A T T θsin max -=
图11 - 16 A 相和B 相定子齿相对转子齿的位置
当B 相也通电时，由于θe =0时的B 相定子齿轴线与转子齿轴线相夹一个单拍制的步距角，这个步距角以电角度表示为θbe ，其值为θbe =θte /3=120°电角度或2π/3电弧度，如图11 - 16所示。其中，θbe 为单拍制分配方式时的步距角(电角度或电弧度)，θbe =2π/m 。所以B 相通电时的矩角特性可表示为
)120sin(max ?--=e j B T T θ
这是一条与A 相矩角特性相距120°(即θte /3)的正弦曲线。当A 、 B 两相同时通电时合成矩角特性应为两者相加，即
)120sin(sin max max ?---=+=e j e j B A AB T T T T T θθ
)60sin(max ?--=e j T θ
可见它是一条幅值不变，相移60°(即θte /6)的正弦曲线。A 相、B 相及A 、B 两相同时通电的矩角特性如图11 - 17(a)所示。除了用波形图表示多相通电时矩角特性外，还可用向量图来表示，如图11 - 17(b)所示。
图11 - 17 三相步进电动机单相、 两相通电时的转矩
(a) 矩角特性； (b) 转矩向量图
从上面对三相步进电动机两相通电时矩角特性的分析可以看出，两相通电时的最大静态转矩值与单相通电时的最大静态转矩值相等。也就是说，对三相步进电机来说，不能依靠增加通电相数来提高转矩，这是三相步进电机一个很大的缺点。如果不用三相，而用更多相时，多相通电是否能提高转矩呢? 回答是肯定的。下面以五相电机为例进行分析。
与三相步进电机分析方法一样，也可作出五相步进电机的单相、两相、三相通电时矩角特性的波形图和向量图，如图11 - 18和图11 - 19所示。由图可见，两相和三相通电时矩角特性相对A 相矩角特性分别移动了2π/10(36o)及2π/5(72o)，静态转矩最大值两者相等，而且都比一相通电时大。因此，五相步进电动机采用两相—三相运行方式(如AB - ABC - BC ……)不但转矩加大，而且矩角特性形状相同， 这对步进电机运行的稳定性是非常有利的，在使用时应优先考虑这样的运行方式。
图11 - 18 五相步进电动机单相、 两相、三相通电时的矩角特性
图11 – 19 五相步进电动机转矩向量图
下面给出m 相电机，n 相同时通电矩角特性的一般表达式：
e j T T θsin max 1-=
)sin(max 2be e j T T θθ--=
…
])1(sin[max be e j n n T T θθ---=
所以n 相同时通电时转矩
??????---=--++-+-=+++=-be e be be
j be e be e e j n
n n n n T n T T T T T θθθθθθθθθ21sin 2sin 2sin
]})1(sin[)sin({sin max max 211L L
式中， θbe 为单拍制分配方式时的步距角(电角度或电弧度)。因为θbe =2π/m ，所以
??????--?-=-πθππm n m
m n T T e j n 1sin sin sin
max 1 因而m 相电机n 相同时通电时转矩最大值与单相通电时转矩最大值之比
m
m n T T j n j ππsin sin max )1max(=- 例如五相电动机两相通电时转矩最大值为
max max
)max(62.15sin 52sin
j j AB j T T T ==ππ 三相通电时
max max
)max(62.15sin 53sin
j j ABC j T T T ==ππ 11.4 步进电动机的单步运行状态
单步运行状态是指步进电动机在单相或多相通电状态下，仅改变一次通电状态时的运行方式，或输入脉冲频率非常之低，以至加第二脉冲之前，前一步已经走完，转子运行已经停止的运行状态。下面用矩角特性说明这种运行状态。
11.4.1 步进电机的单步运行和最大负载能力
仍以三相步进电机为例。假设矩角特性为正弦形，失调角θe 是A 相定子齿轴线与转子齿轴线之间的夹角，A 相通电时的矩角特性如图11- 20曲线A 所示。图中，θe =0的点是对应A 相定子齿轴线与转子齿轴线相重合时的转子位置，称为平衡位置。当电机处于理想空载即不带任何负载时，转子停在θe =0的位置上。
如果此时送入一个控制脉冲，切换为B相绕组通电，矩角特性就移动一个步距角θbe (等于120°)，跃变为曲线B，θe=120°就成为新的平衡位置。
图11 - 20 空载时步进电动机的单步运行
但切换的瞬时转子还处于θe=0的位置，对应θe=0的电磁转矩已由T=0突变为T=T jmax sin120°(对应图中a点的转矩)；电机在电磁转矩作用下将向新的初始平衡位置移动，直至θe=120°为止。这样，电机从θe=0到θe=120°步进了一步(一个步距角)。如果不断送入控制脉冲，使绕组按照A - B - C - A顺序不断换接，电机就不断地一步一步转动，每走一步转过一个步距角，这就是步进电动机作单步运行的情况。
当电机带恒定负载T L时若A相通电，转子将停留在失调角为θea的位置上，如图11- 21所示。当θe=θea时，电磁转矩T A(对应a点的转矩)与负载转矩T L相等，转子处于平衡。如果送入控制脉冲，转换到B相通电，则转子所受的有效转矩为电磁转矩T B与负载转矩T L之差，即图11 - 21上的阴影部分。转子在此转矩的作用下也转过一个步距角120°，由θe=θea转到新的平衡位置θe=θeb。这样，当绕组不断地换接时，电机也不断地步进运动，步距角仍为120°电角度。
图11 - 21 加载时步进电动机的单步运行
图11 - 22 最大负载能力的确定
Q2HB88(Q2HB613)二相混合式步进电机驱动器
产品说明：
Q3HB110M等角度恒力矩细分型驱动器，驱动电压AC40V-110V，适配电流在5.2A以下，外径86-110mm的各种型号的三相混合式步进电机。该驱动器内部采用伺服控制原理的电路，此电路可以使电机低速运行平稳，几乎没有震动和噪音，电机在高速时力距大大高于二相和五相混合式步进电机，定位精度最高可达30000步/转。该产品广泛应用于雕刻机、中型数控机床、包装机械等分辩率较高的大、中型数控设备上。
特点：
◆高性能、低价格
◆最高反应频率可达200Kpps
◆步进脉冲停止超过100ms时，线圈电流自动减半
◆双极恒流斩波方式
◆单电源输入，电压范围：AC40-110V
◆光电隔信号输入／输出
◆驱动电流从0.3A／相到5.2A/相分16档可调
◆设有16档等角度恒力细分，最高30000步/转
◆相位记忆功能(注：输入脉冲停止超过5秒后，驱动器自动记忆当时电机
相位，重新上电或MF信号由有交变无效时，驱动器自动恢复电机相位。) 功能设定示意图：
输入信号波形时序图：
驱动器接线示意图：
★注：1、千万不要将电源接反，输入电压不要超过DC80(130)V。
2、输入控制信号电平为5V，当高于5V时需要接限流电阻。(具体接法)
3、O.H/L.V为输入电压低及过热指示灯。当动驱动器输入电压低于
18V(30V)或驱动器温度超过70度时过热指示灯亮，驱动器停止工作，直到动器温度降到50度，驱动器自动恢复工作出现过热保护请加装散热器。
电流设定：
1、STOP/Im为保持状态输出电流设置电位器，可设置为正常输出电流的
20%-80%(顺时针减小，逆时针增大)
DIP开关功能设定说明：
引脚功能说明：
步进电机控制实验
步进电机控制实验 一、实验目的： 了解步进电机工作原理，掌握用单片机的步进电机控制系统的硬件设计方法，熟悉步进电机驱动程序的设计与调试，提高单片机应用系统设计和调试水平。 二、实验容： 编写并调试出一个实验程序按下图所示控制步进电机旋转： 三、工作原理： 步进电机是工业过程控制及仪表中常用的控制元件之一，例如在机械装置中可以用丝杠把角度变为直线位移，也可以用步进电机带螺旋电位器，调节电压或电流，从而实现对执行机构的控制。步进电机可以直接接收数字信号，不必进行数模转换，用起来非常方便。步进电机还具有快速启停、精确步进和定位等特点，因而在数控机床、绘图仪、打印机以及光学仪器中得到广泛的应用。 步进电机实际上是一个数字/角度转换器，三相步进电机的结构原理如图所示。从图中可以看出，电机的定子上有六个等分磁极，A、A′、B、B′、C、C ′，相邻的两个磁极之间夹角为60o，相对的两个磁极组成一相（A-A′，B-B′，C-C′），当某一绕组有电流通过时，该绕组相应的两个磁极形成N极和S极，每个磁极上各有五个均匀分布矩形小齿，电机的转子上有40个矩形小齿均匀地分布的圆周上，相邻两个齿之间夹角为9°。 当某一相绕组通电时，对应的磁极就产生磁场，并与转子形成磁路，如果这时定子的小齿和转子的小齿没有对齐，则在磁场的作用下，转子将转动一定的角度，使转子和定子的齿相互对齐。由此可见，错齿是促使步进电机旋转的原因。 三相步进电机结构示意图 例如在三相三拍控制方式中，若A相通电，B、C相都不通电，在磁场作用下使转子齿和A相的定子齿对齐，我们以此作为初始状态。设与A相磁极中心线对齐的转子的齿为0
第六章习题(位置检测装置)
第6章数控机床的检测装置 一、填空题 1、位置检测装置是由检测元件（传感器）和信号处理装置组成的。 2、数控系统中的检测装置分为位移，速度和电流三种类型。 二、选择题 1、鉴向倍频电路是光栅测量系统的组成之一，下列不属于鉴向倍频电路的作用是（D） （A）辨向（B）细分（C）提高光栅的分辨力（D）放大 2、下列不属于编码器在数控机床中的应用的是（C） （A）位移测量（B）主轴控制（C）转速控制 （D）“零点脉冲”信号用于回参考点控制 3、下列那一项是衡量感应同步器精度的主要参数（A） （A）节距（B）定尺长（C）滑迟长（D）相移 答案为： 三、是非判断题 1、对机床的直线位移采用回转型检测装置测量称为直接测量。 答：错误。应该是称为间接测量。 2、当正弦绕组与定尺绕组对齐时，余弦绕组与定尺绕组相差1/2节距。 答：错误。应该是相差1/4节距。 3、脉冲编码器、旋转变压器、圆磁栅、数字脉冲编码器、直线感应同步器均是位移传感器。 答：错误。数字脉冲编码器是速度传感器。 四、简答题 1、莫尔条纹具有哪些特性？ 答：1）光学放大作用； 2）均化误差作用； 3）莫尔条纹移动与栅距移动成比例。
2、简述数控机床对位置检测装置有哪些要求。举例说明检测装置的类型。 答：数控机床对位置检测装置的要求： 1）受温度、湿度的影响小，工作可靠，能长期保持精度，抗干扰能力强。 2）在机床执行部件移动范围内，能满足精度和速度的要求。 3）使用维护方便，适应机床工作环境。 4）成本低。 检测装置分类：位移传感器，如旋转变压器、光栅尺等;速度传感器，如测速发电机、数字脉冲编码器等;电流传感器，如霍尔电流传感器。 五、问答及设计题 一、某数控车采用步进电机作进给驱动,步进电机的步距角为1.8度,丝杠螺距为4mm,编码器与主轴连接方式如下, Z1,Z2,Z3,Z4分别为80,40,40,20,编码器每转1500个脉冲,问加工螺距P=6mm螺纹时,工作台走一个脉冲当量时对应的编码器脉冲是多少? 解：Z4 =20; Z3=40;步进电机转一圈需要360 /1.8=200 个脉冲，工作台平移4mm 需要步进电机转2圈及400个脉冲。加工一个P=6mm的螺纹，步进电机需要转400X6/4=600个脉冲； Z2=40 ，Z1=80 ;主轴转一圈，编码器转两圈，发3000个脉冲；加工一个螺纹时主轴转一圈螺距为P 6mm所以步进电机需要600个脉冲，对应此时编码器发3000个脉冲。 二、某带光电编码器的伺服电动机与滚珠丝杠直连（传动比为1：1），光电编码器为1200脉冲/转，丝杠螺距为6mm，则数控系统位置控制中断时间内计数600脉冲，这段时间内，工作台移动多少mm？
步进电机控制技术综合实验-指导书2013-10
机械设计制造及其自动化专业实验 ——机电控制实验 步进电机控制技术综合实验 ————可编程控制器控制滑台的速度、位置 实验指导书 重庆理工大学 重庆汽车学院 实践教学及技能培训中心 2012年10月
学生实验守则 1．学生应按照实验教学计划和约定的时间，准时上实验课，不得迟到早退。 2．实验前认真阅读实验指导书，明确实验目的、步骤、原理，预习有关的理论知识，并接受实验教师的提问和检查。 3．进入实验室必须遵守实验室的规章制度。不得高声喧哗和打闹，不准抽烟、随地吐痰和乱丢杂物。 4．做实验时必须严格遵守仪器设备的操作规程，爱护仪器设备，服从实验教师和技术人员指导。未经许可不得动用与本实验无关的仪器设备及其它物品。 5．实验中要细心观察，认真记录各种试验数据。不准敷衍，不准抄袭别组数据，不得擅自离开操作岗位。 6．实验时必须注意安全，防止人身和设备事故的发生。若出现事故，应立即切断电源，及时向指导教师报告，并保护现场，不得自行处理。 7．实验完毕，应主动清理实验现场。经指导教师检查仪器设备、工具、材料和实验记录后方可离开。 8．实验后要认真完成实验报告，包括分析结果、处理数据、绘制曲线及图表。在规定时间内交指导教师批改。 9．在实验过程中，由于不慎造成仪器设备、器皿、工具损坏者，应写出损坏情况报告，并接受检查，由领导根据情况进行处理。 10．凡违反操作规程，擅自动用与本实验无关的仪器设备、私自拆卸仪器而造成事故和损失的，肇事者必须写出书面检查，视情节轻重和认识程度，按学院有关规定予以赔偿。 重庆理工大学
说明 1.同学可以登录学校的“实验选课系统”（从学校首页登陆：https://www.360docs.net/doc/5012713717.html,或从数字 校园登录），自己进行实验项目的选择。希望同学们能在每个实验项目开放的时间内尽早进行实验预约（预约时间必须比实验上课时间提前3天），因为学生数量比较多，如果某实验项目开放的时间内同学未能进行实验预约，则错过该实验项目的实验机会，补做就要在该实验项目下一次开放时进行。 2.如有什么问题，同学可以拨打电话62563127联系张君老师。
步进电机的简单电路控制
课程设计说明书 课程设计名称：数字电路课程设计 课程设计题目：步进电机简单的控制电路 学院名称：南昌航空大学信息工程学院 专业：班级： 学号：姓名： 评分：教师： 2013 年 9 月 9 日 数字电路课程设计任务书 20 13－20 14 学年第 1 学期第 2 周－ 4 周
注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。 2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。
步进电机是一种原理为利用电子电路的电脉冲信号转变为角位移或线位移的感应电机。通过简单的数字电路来控制它的转速并可以利用数码管来计算其转动的圈数，便可以实现电机的正反向转动，并且在数码管上精确的显示出它转动的圈数，从而广泛应用于实际生活当中。其中涉及到计算机，数字电路，电机，机械，完成了简单的自动化控制流程，将所学知识应用于工程中，增加实践动手能力。 关键词：分频、时序控制、脉冲计数
前言 (1) 第一章设计内容及要求 (1) 第二章系统的组成及工作原理 (2) 第三章单元电路设计 (2) 3.1多谐振荡器 (2) 3.2 步进电机信号控制电路 (3) 3.3转速的测量及显示电路 (4) 第四章调试 (5) 4.1电路排板及制作 (5) 4.2电路的调试 (5) 第五章总结 (6) 附录1：设计原理图 (7) 附录2：PCB电路图 (8) 附录3: 元件清单 (9)
前言 步进电机最早出现于上世纪，源于资本主义的造船工业，是一种可以自由转动的电磁铁，其工作原理和如今的反应式电机差不多，是依靠磁导来产生电磁矩，从而实现转动。 到了80年代之后，微型计算机逐步的应用于工业与生活中，使得步进电机的控制更加的灵活多样，最主要的是利用分立元件或者小型的集成电路来控制，但是对元件的需求量很大，调试也很复杂，出现问题需要花大量的精力来调试，因此，通过计算机软件来控制步进电机是必然的趋势，以提高工作效率。 现在的步进电机主要是由数字电路组成，也是利用集成电路来控制电路，但是大大的提高了其精度，更好的满足工业发展的需要。目前用到最多的是混合式步进电机，并具有很好的发展前景。 步进电机按照工作原理可分为永磁式、磁阻式和永磁感应子式三种。 今后步进电机将会有以下四个方面的发展，为减小其占用的空间从而会往小型方向发展，以更加的适用于工业制造当中；为增加力矩，从而会将圆形改为方形，以提高其工作效率；为体现其优越的控制性能，从而会偏向于一体化设计，以实现电子自动化控制，更加灵活方便；为降低其成本，增加其性能，从而会向三相和五相的方向发展，以充分实现其优越性能。 步进电机以其显着的特点，在电子数字化时代将发挥重大作用，将广泛应用于数控车床、机器人、航空工业和电子领域中，可完成工作量大，任务复杂、精度高的制造业以及代替人类完成不利于身体健康的工业中，为生活带来更多的便利。 第一章设计内容及要求 基本要求：1、利用proteus软件设计步进电机的工作原理图，并进行仿真。 2、调试及实现。 （1）实现步进电机根据输入的脉冲旋转的相应圈数。 （2）可以实现复位，正反转控制，由4个LED代替4个线圈。 （3）实现步进电机的加速、减速功能。
伺服实训指导书
实训项目一：步进控制系统 一、实训目的： 练习步进驱动器、步进电机的应用，学会应用PLC去控制步进电机转动。 二、实训任务： 利用PLC作为上位机，控制步进电动机按一定的角度旋转。 控制要求：利用PLC控制步进电动机顺时针转2周，停5秒，逆时针转1周，停2秒，如此循环进行，按下停止按钮，电机马上停止。 三、相关知识： 了解步进电机的原理。 了解步进驱动器的原理。 四、实训设备： kinco（2M530）步进驱动器2套，步进电机2台，FX2N-60MT PLC1个，万用表、DC24V电源。PLC编程软件，计算机。螺丝刀，导线。 五、实训过程： 1、画出PLC、步进驱动器、步进电机之间的接线图，并安图接线。 图1-1 步进控制系统的接线原理图
- + 340欧姆 图1-2 控制信号输入电路 注意：如果控制信号电源电压为24V ，那么要串联2K Ω的限流电阻。 2、设置步进电机的细分数。在本实训中我们设置4细分。 DIP开关的正视图如下： 图1-3 DIP 开关分布图 在驱动器的顶部有一个红色的八位DIP 功能设定开关，可用来设定驱动器的工作方式和工作参数，使用前请务必注意。 表1-1 DIP 开关的功能
细分设定表如下： 表1-2 细分设置表 3、设置驱动器的输出电流。 输出相电流如表所示。因为驱动器可以输出多种电流等级，我们必须设置步进电机的额定电流大约等于步进电机的额定电流。在本次实训中设置驱动器的输出的电流为2A。 表1-3 驱动器输出电流设置表
4、写出PLC控制步进电机的控制程序。 控制要求：按下启动时，电机顺时针转2周，停5秒，然后逆时针转1周，停5秒，循环进行，按下停止按钮，电机马上停止。写出控制程序并进行调试。程序调试，观察步进电机是否按所设定的角度运行。 六、注意事项： 1、由于实训设备不够，要分组进行，所以第一组接好线后，后面的不要重新接线，只是检查线是否接对，但控制程序可以更改。 2、由于没有成套设备，要现场接线，所以每组进行时要注意用电安全。 七、评分标准。 八、思考题： 1、如电机在运行的过程中，如产生误差，因如何消除？
步进电机精确驱动
步进电机精确驱动 步进电机的精确控制 步进电机的基本步距角：对F相的步进电机有F个绕组（就是定子中包含的绕组个数），它们被均匀的镶嵌在定子上。步进电机各相轮流接入整步电流后所产生的步距角叫做该步进电机的基本步距角。也就是说相序产生一轮后步进电机并不会转1转。 那么转子转一圈的步数（也就是需要几组时序）是多少呢？ 公式A=360/M（A为基本步距角，M为步数）。 根据公式，基本步距角是不能随意取值的。我们往往希望步进电机转一圈为100 步或其倍数，这在2/4 相和 5 相步进电机容易做到，但对于三相步进电机其基本步距角不可能做到转一圈为100 步或200 步，但可以是300 步。有些厂家所标的三相步进电机的步距角为1.2 度或 3 度，相当每圈300 步或120 步，是 3 的整数倍，这种标注很正常。 什么是细分呢？所谓细分，就是驱动器在接到控制发来的每一个脉冲时，只给电机发几分之一个脉冲（用“脉冲”这个词不准确，实际是正弦波一个周期的几分之一）。 我们用297芯片写过步进电机的驱动，其中CW/CWW引脚还记得吗？这个引脚有什么作用呢，当我将他设置为1时，我每输入一个脉冲，其输出产生一组相序，也就是1个步距。同理，当其设置为0时，它只产生一半的相序。 如何找出步进电机的基本步距呢，当然我是看说明书的（哈哈）。如果没有说明书的话可以试试如下的方法： ①用数字万用表找到公共线。其他引线与公共线之间的电阻测量值都相同。 将此线连接到电池的V+。5V或6V就足够测试用了。 ②胶带粘贴到步进电机的输出铀上，并使它垂直于轴端伸出成为一个标志。此标志的作用在于判断电机是否转动。 ③任意挑出一条引线称之为相1。若将此线接地，则电机输出轴将做轻微的转动。现在步进电机被锁定在相1的位置上。 ④取另一根引线并将其接地，仔细观察输出轴上的胶带。如果输出轴向右轻微地旋转，那么此根引线是相2。⑤取另一根线并将其接地，仔细观察输出轴上的胶带。如果输出轴向左轻微地旋转，那么此根引线是相4。如图4所示。 ⑥再取另一根线并将其接地，仔细观察输出轴上胶带的运动状态。如果输出轴不旋转，那么此根引线就是相3。 确定相位之后，找一个参照相，然后挨个给一个脉冲，看看走了多少度。 四相六根和八根线的，如何使用两相四线驱动器？问题解决：1 和2为一相，分别接A和/A；3和4为一相，分别接B和/B。不过在你有了一个步进电机驱动芯片后完全不用考虑这些小问题，只需一个命令搞定。 HF=0; IN1=0; IN2=1;
电机传动与控制实验指导书
实验一步进电机基本原理实验 一、实验目的 1、了解步进电动机的基本结构和工作原理。 2、掌握步进电机驱动程序的设计方法。 二、实验原理 步进电动机又称为脉冲电机，是工业过程控制和仪表中一种能够快速启动、反转和 制动的执行元件。其功能是将电脉冲转换为相应的角位移或直线位移。步进电动机的运 转是由电脉冲信号控制的，步进电动机的角位移量或线位移量与脉冲数成正比，每给一 个脉冲，步进电机就转动一个角度（步距角）或前进/倒退一步。步进电机旋转的角度由 输入的电脉冲数确定，所以，也有人称步进电动机为一个数字/角度转换器。 当某一相绕阻通电时，对应的磁极产生磁场，并与转子形成磁路，这时，如果定子 和转子的小齿没有对齐，在磁场的作用下，由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特点， 转子将转动一定的角度，使转子与定子的齿相互对齐，由此可见，错齿是促使电机旋转 的原因。 四相步进电动机以四相单四拍、四相双四拍、四相八拍方式工作时的脉冲分配表如 表1，表2和表3 表1 四相单四拍脉冲分配表表2 四相双四拍脉冲分配表 时，若用手旋转它，感觉很难转动。
三、实验步骤： 1.将DRYDC-A型运动控制台的电源线和串行通信接口线连接好。 2.打开DRMU-ME-B综合实验台的电源总开关，开关电源的开关，采集仪开关。 启动硬件设备。 3.打开计算机，从桌面或程序组运行DRLink主程序，然后点击DRLink快捷 工具条上的“联机注册”图标，选择“DRLink采集主卡检测”进行注册。 没有使用信号采集主卡的用户可选择：“局域网服务器”进行注册，此时，必需在对话框中填入DRLink服务器的主机IP地址。 4.点击DRLink快捷工具条上“文件夹”图标，出现文件选择对话框，在实验 目录中选择“步进电机基本原理”实验，并启动该实验。 5.点击该实验脚本中的“开关”按钮，向运动控制卡下载实验程序。 6.本实验中先做步进电机的驱动实验：选择运行方式为“连续驱动”，依次选 择步进电机的工作方式为：四相单四拍、四相双四拍、四相八拍；方向可以是任意的；脉冲间隔参数可用5～10ms。点“电机驱动”按钮，驱动电机工作。观察电机的工作情况。（对于四相八拍的工作方式，脉冲间隔最小可以到2ms）终止电机运行请在运行方式中选择“停止保持”或“停止不保持”。 7.步进电机的自锁实验：运行方式选择“停止保持”，其它参数不变，点“电 机驱动”按钮。可以使步进电机某相通电，处于“自锁”状态。此时，用手转动电机的皮带轮，可以感到转动比较困难。 8.步进电机的步距角演示：运行方式选择“单步驱动”，点“电机驱动”按钮。 每点击一次“电机驱动”按钮，步进电机旋转一个角度，这个角度就是步距角。对于本实验台步距角为1.8o。 除了可以使用DRLink平台下的实验脚本进行本实验外，还可以使用C-51的C语言程序进行本实验。本运动控制平台在内部使用了DRMC-A型运动控制卡，其CPU是ADUC842，关于ADUC842的硬件的详细信息，请参考我们提供的pdf 文档。在DRMC-A型运动控制台，步进电机的端口地址：0x8000，用低4位表示电机的4相，1表示发送脉冲，0表示空。根据步进电机的工作方式的脉冲分配表（表1～3），逐步向端口的低4位写入0和1就可以了。具体的程序请参考StepMotor1.c～StepMotor5.c。在生成执行代码后，按运动控制台的“PRG”+“RST”按钮后，使用Windows Serial Downloader将执行程序下载到单片机内。 四、实验报告要求 1.简述步进电机的工作原理。 2.简述步进电机的四相八拍工作方式的优、缺点。 五、思考题 根据四相双四拍脉冲分配表（表2），参考StepMotor1.c，设计四相双四拍工作
s7-200PLC对步进电机的快速精确定位控制
正文字体大小：大中小 PＬＣ对步进电机的快速精确定位控制 (2012-０９-29 21：0１:４3) 转载▼ 标签: 分类:PLＣ plc编程 ｐlc培训 称重传感器 PＬC对步进电机的快速精确定位控制 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号时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”）,其旋转以固定的角度运行。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量以达到准确定位的目的;同时也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度而达到
调速的目的。步进电机作为一种控制用的特种电机，因其没有积累误差（精度为１0０%）而广泛应用于各种开环控制。 ? 1 定位原理及方案 1．1 步进电机加减速控制原理?步进电机驱动执行机构从一个位置向另一个位置移动时,要经历升速、恒速和减速过程。当步进电机的运行频率低于其本身起动频率时,可以用运行频率直接起动并以此频率运行，需要停止时,可从运行频率直接降到零速。当步进电机运行频率fb>fa（有载起动时的起动频率）时，若直接用fb频率起动会造成步进电机失步甚至堵转。同样在fｂ频率下突然停止时,由于惯性作用,步进电机会发生过冲,影响定位精度。如果非常缓慢的升降速，步进电机虽然不会产生失步和过冲现象，但影响了执行机构的工作效率。所以对步进电机加减速要保证在不失步和过冲前提下,用最快的速度(或最短的时间)移动到指定位置。 步进电机常用的升降频控制方法有２种:直线升降频和指数曲线升降频指数曲线法具有较强的跟踪能力,但当速度变化较大时平衡性差。直线法平稳性好,适用于速度变化较大的快速定位方式。以恒定的加速度升降,规律简练,用软件实现比较简单,本文即采用此方法。 1.2 定位方案 要保证系统的定位精度,脉冲当量即步进电机转一个步距角所移动的距离不能太大,而且步进电机的升降速要缓慢,以防止产生失步或过冲现象。但这两个因素合在一起带来了一个突出问题：定位时间太长,影响执行机构的工作效率。因此要获得高的定位速度,同时又要保证定位精度,可以把整个定位过程划分为两个阶段：粗定位阶段和精定位阶段。粗定位阶段,采用较大的脉冲当量,如0．1ｍｍ/步或1mm/步，甚至更高。精定位阶段,为了保证定位精度，换用较小的脉冲当量,如０.01ｍm/步。虽然脉冲当量变小，但由于精定位行程很短(可定为全行程的五十分之一左右），并不会影响到定位速度。为了实现此目的，机械方面可通过采用不同变速机构实现。 工业机床控制在工业自动化控制中占有重要位置，定位钻孔是常用工步。设刀具或工作台欲从Ａ点移至C点，已知AC=２00mm,把AＣ划分为AB与BC两段，AB=19６mｍ,ＢC=4mm，AB段为粗定位行程，采用0.1mm/步的脉冲当量依据直线升降频规律快速移动,BC段为精定位行程，采用0.0１mm/步的脉冲当量，以B
控制电机实验指导书
安徽工程大学 《控制电机》课程实验指导书 专业：自动化 安徽工程大学电气工程学院 2013年12月
目录 步进电动机使用说明 (2) 实验一步进电动机（2学时） (5) 实验二交流伺服机电动机（2学时） (10)
步进电动机说明 步进电动机又称脉冲电机，是数字控制系统中的一种重要的执行元件，它是将电脉冲信号变换成转角或转速的执行电动机，其角位移量与输入电脉冲数成正比；其转速与电脉冲的频率成正比。在负载能力范围内，这些关系将不受电源电压、负载、环境、温度等因素的影响，还可在很宽的范围内实现调速，快速启动、制动和反转。随着数字技术和电子计算机的发展，使步进电机的控制更加简便、灵活和智能化。现已广泛用于各种数控机床、绘图机、自动化仪表、计算机外设，数、模变换等数字控制系统中作为元件。 一、使用说明 D54步进电机实验装置由步进电机智能控制箱和实验装置两部分构成。 （一）步进电机智能控制箱 本控制箱用以控制步进电机的各种运行方式，它的控制功能是由单片机来实现的。通过键盘的操作和不同的显示方式来确定步进电机的运行状况。 本控制箱可适用于三相、四相、五相步进电动机各种运行方式的控制。 因实验装置仅提供三相反应式步进电动机，故控制箱只提供三相步进电动机的驱动电源，面板上也只装有三相步进电动机的绕组接口。 1、面板示意图（见附录） 2、技术指标 功能：能实现单步运行、连续运行和预置数运行；能实现单拍、双拍及电机的可逆运行。 电脉冲频率：5Hz～1KHz 工作条件：供电电源AC220V±10%，50Hz 环境温度-5℃～40℃ 相对湿度≥80% 重量：6kg 尺寸：390×200×230mm3 3、使用说明 (1)开启电源开关，面板上的三位数字频率计将显示“000”；由六位LED数码管组成的步 进电机运行状态显示器自动进入 “9999→8888→7777→6666→5555→4444→3333→2222→1111→0000”动态自检过程，而 后停显在系统的初态“┤.3”。 (2)控制键盘功能说明 设置键：手动单步运行方式和连续运行各方式的选择。
控制电机与特种电机课后答案第6章
控制电机与特种电机课后答案第6章思考题与习题 1(步进电动机是数字控制系统中的一种执行元件，其功用是将________变换为相应的角位移或直线位移。( ) A(直流电信号 B.交流电信号 C. 计算机信号 D.脉冲电信号 2. 在步进电机的步距角一定的情况下，步进电机的转速与__ __成正比。 3(步进电动机与一般旋转电动机有什么不同,步进电动机有哪几种? 4(试以三相单三拍反应式步进电动机为例说明步进电动机的工作原理(为什么步进电动机有两种步距角, 5. 步进电动机常用于_________系统中作执行元件，以有利于简化控制系统。( ) A.高精度 B.高速度 C.开环 D.闭环 6. 步进电动机的角位移量或线位移量与输入脉冲数成_ _。 7. 步进电动机的输出特性是( ) A.输出电压与转速成正比 B.输出电压与转角成正比 C.转速与脉冲量成正比 D.转速与脉冲频率成正比、如何控制步进电动机输出的角位移、转速或线速度, 8 9、反应式步进电动机与永磁式及感应式步进电动机在作用原理方面有什么共同点和差异,步进电动机与同步电动机有什么共同点和差异, oo10、一台反应式步进电动机步距角为0.9/1.8，问(1)这是什么意思,(2)转子齿数是多少,
11(采用双拍制的步进电动机步距角与采用单拍制相比( ) A(减小一半 B.相同 C.增大一半 D.增大一倍 12. 有一四相八极反应式步进电机，其技术数据中有步距角为1.8?/0.9?，则该电机转子齿数为( ) A.75 B.100 C.50 D.不能确定 13(一台三相反应式步进电动机，采用三相六拍运行方式，在脉冲频率f为400Hz时，其转速n为100r/min，试计算其转子齿数Z和步距角θ。若脉冲频率不变，采用三相三拍运行Rb 方式，其转速n和步距角θ又为多少, 1b1 14. 一台三相反应式步进电动机，其转子齿数Z为40，分配方式为三相六拍，脉冲频率fR 为600Hz，要求: (1)写出步进电动机顺时针和逆时针旋转时各相绕组的通电顺序; (2)求步进电动机的步距角θ; b (3)求步进电动机的转速n。 15. 有一脉冲电源，通过环形分配器将脉冲分配给五相十拍通电的步进电机定子绕组，测得步进电机的转速为100rpm，已知转子有24个齿。(5分) 求:(1)步进电机的步距角θ (2)脉冲电源的频率f 16(有一台三相反应式步进电机，按A—AB—B—BC—C—CA方式通电，转子齿数为80
实验指导书(7)-步进电机控制
实验七步进电机控制 一、实验目的 1、掌握PLC功能指令的用法 2、掌握用PLC控制步进电机的方法 二、实验器材 1. DICE-PLC01型可编程序控制器实验台/箱l台 2. 编程电缆l根 3. 连接导线若干 三、实验内容及步骤 1、步进电机的工作原理 步进电也称为脉冲电机，它可以直接接收来自计算机的数字脉冲，使电机旋转过 相应的角度。步进电机在要求快速启停，精确定位的场合做为执行部件，得到了广泛采 用。 四相步进电机的工作方式： *单相四拍工作方式，其电机控制绕组A、B、C、D相的正转通电顺序为： A→B→C→D→A；反转通电顺序为：A→D→C→B→A。 *四相八拍工作方式，正转的绕组通电顺序为：A→AB→B→BC→C→CD→D→ DA→A；反向的通电顺序为：A→AD→D→DC→C→CB→B→BA→A。 *双四拍工作方式，正转的绕组通电顺序为：AB→BC→CD→DA→AB；反向的通 电顺序为：AB→AD→DC→CB→BA。 步进电机有如下特点：给步进脉冲电机就转，不给步进脉冲电机就不转；步进脉 冲的频率越高，步进电机转得越快；改变各相的通电方式，可以改变电机的运行方式； 改变通电顺序，可以控制电机的正、反转。 2、设计要求 （1）控制模块中的步进电机工作方式为四相八拍，电机的四相线圈分别用A、B、C、D表示，公共端已接地。 当电机正转时，其工作方式如下：A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A。 当电机反转时，其工作方式如下：A→-AD→D→DC→C→CB→B→BA→A。 设计程序，要求能控制步进电机正反转，并能控制它的转速。 （2）设置以下控制按钮：启动、停止按钮；正、反转控制按钮；快速、慢速控制 按钮。步进电机的脉冲可用逐位移位指令循环移位来实现，其脉冲频率可通过控制逐位 移位指令的移位脉冲来调节，而移位脉冲可用两个定时器组合来完成，要改变脉冲频率， 只要改变定时器设定值即可。 （3）程序运行后，首先选择正、反转按钮，然后选择快、慢速按钮，最后按下“启 动”按钮，电机便会按照按钮的选择控制来工作。步进电机在工作过程中可实时改变电 机的转速、正反转，也可按下停止按钮结束电机的工作。 3、程序修改和讨论 （1）修改程序，改变步进电机的工作方式，上机调试通过；讨论步进电机的几种 工作方式有何区别？ （2）通过修改程序，改变步进电机工作的脉冲频率，即改变步进电机的转速，并 观察步进电机的工作情况？ （3）仔细阅读源程序，掌握如何控制步进电机的正反转，即改变各相的通电顺序， 在程序中如何实现？
步进电机控制
步进电机控制 文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）
杭州电子科技大学 电子系统设计综合实验 设计报告 实验名称: 步进电机控制 实验序号: 4 小组号: 4A 姓名学号: 指导教师: 黄继业 2015年1月4日 一．引言： 步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，它的用途是将电脉冲转化为角位移，通俗地说：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（即步进角）。通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时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。常见的步进电机分三种：永磁式（PM），反应式（VR）和混合式（HB）。实验中使用的是永磁式步进电机24BY 型，下图是该电机的接线图，从图中可以看出，电机共有四组线圈，四组线圈的一个端点连在一起引出，这样一共有5 根引出线。要使用步进电机转动，只要轮流给各引出端通电即可。将COM 端标识为C，只要AC、A C、BC、B C，轮流加电就能驱动步进电机运转，加电的方式可以有多种，如果将COM 端接正电源，那么只要用开关元件
（如三极管），将A、A 、B、B 轮流接地。 二．实验要求： 1．（基本）：控制四相六线式步进电机的转动（四相八拍方式） 2．（基本）：显示步进电机的转动圈数、角度和方向 三．（扩展）：用非接触的方式实时监测步进电机的工作状态 四．实验器材清单： 名称型号数量 驱动芯片L2981片 霍尔元件cs31441个 二极管80508个 电容100uf、各2个 电阻2K1个 四：实验电路原理图 1：驱动电路原理图： 2:驱动电路工作原理： L298N是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准
控制电机与特种电机课后答案第6章
控制电机与特种电机课后答案第 6 章 A. 高精度 B. 高速度 C. 开环 D. 闭环 6. 步进电动机的角位移量或线位移量与输入脉冲数成 输出特性是 ( ) A. 输出电压与转速成正比 B. 输出电压与转角成正比 C. 转速与脉冲量成正比 D. 转速与脉冲频率成正比 、如何控制步进电动机输出 的角位移、转速或线速度 , 8 9、反应式步进电动机与永磁式及感应式步进电动机在作用原理方面有什么共 同点和差异 , 步进电动机与同步电动机有什么共同点和差异 台反应式步进电动机步距角为 0.9/1.8 ，问 (1) 这是什么意思 ,(2) 转子 齿数是多少 , 思考题与习题 1(步进电动机是数字控制系统中的一种执行元件，其功用是将 变换为 相应的角位移或直线位移。 ( ) A( 直流电信号 B. 交流电信号 C. 计算机信号 D. 脉冲电信号 2. 在步进电机的步距角一定的情况下，步进电机的转速与 成正比。 3( 步进电动机与一般旋转电动机有什么不同 , 步进电动机有哪几种 ? 4( 试以三相单三拍反应式步进电动机为例说明步进电动机的工作原理 (为什么 步进电动机有两种步距角 , 5. 步进电动机常用于 系统中作执行元件，以有利于简化控制系统。 _ _。 7. 步进电动机的 oo10、
11(采用双拍制的步进电动机步距角与采用单拍制相比( ) A(减小一半B.相同 C.增大一半 D.增大一倍 12. 有一四相八极反应式步进电机，其技术数据中有步距角为1.8?/0.9? ，则该电机转子齿数为( ) A.75 B.100 C.50 D. 不能确定 13(一台三相反应式步进电动机，采用三相六拍运行方式，在脉冲频率f 为 400Hz时，其转速n为100r/min ,试计算其转子齿数Z和步距角0。若脉冲频率不变，采用三相三拍运行Rb 方式，其转速n 和步距角0又为多少, 1b1 14. 一台三相反应式步进电动机，其转子齿数Z为40,分配方式为三相六拍, 脉冲频率fR 为600Hz,要求: (1) 写出步进电动机顺时针和逆时针旋转时各相绕组的通电顺序 (2) 求步进电动机的步距角0; b (3) 求步进电动机的转速n。 15. 有一脉冲电源，通过环形分配器将脉冲分配给五相十拍通电的步进电机定子绕组，测得步进电机的转速为100rpm,已知转子有24个齿。(5分) 求:(1) 步进电机的步距角0 (2) 脉冲电源的频率f 16(有一台二相反应式步进电机，按A—AB— B— BC—C— CA方式通电，转子齿 数为80
机电传动控制实验指导书(最新)
机电传动控制实验指导书 实验一、继电—接触器控制三相异步电动机 一、实验目的 1．熟悉继电—接触器断续控制系统的电路原理图、元件布局图和接线图的读图方式；2．掌握三相异步电动机主回路和控制回路的接线方法； 3．了解继电—接触器断续控制电路的组成 二、实验使用仪器、设备 1．DB电工实验台； 2．三相异步电动机二台； 3．万用表一台； 4．专用连接线一套。 三、实验要求 实现三相异步电动机的正、反转、点动、互锁、连锁控制。满足以下具体要求： (1) M1可以正、反向点动调整控制； (2) M1正向起动之后，才能起动M2； (3) 停车时，M2停止后，才能停M1； (4) 具有短路和过载保护； (5) 画出主电路和控制电路。 四、实验参考电路
五、实验步骤 1．按布局图要求将各元器件定位； 2．按接线图要求，以正确的规格电线连接各器件；3．按接线图要求，连接电动机的定子线圈； 4．自查并互查连接线； 5．合上电源，调试电路； 6．观察电动机的运行情况。 六、实验注意事项 1．操作前切断总电源； 2．接线完毕，必须检查接线情况，并做好记录；3．在指导老师认可后，方能接通电源。 七、思考题 1．熔断器与热继电器可否省去其中任何一个？为什么？2．熔断器与热继电器的规格可否随意选择？为什么？3．连接电线的规格可否随意选择？为什么？ 4．交流接触器可否带直流负载？为什么？
实验二、PLC控制三相异步电动机 一、实验目的 1．了解PLC——AC电动机断续控制系统的电路原理图、元件布局图和接线图的读图方式；2．掌握继电—接触器逻辑电路与PLC梯形图的转换方式； 3．熟悉PLC控制系统的接线方法； 3．了解PLC断续控制电路的组成。 二、实验使用仪器、设备 1．PLC模拟实验台； 2．三相异步电动机二台； 3．万用表一台； 4．专用连接线一套。 三、实验要求 实现PLC对三相异步电动机的正、反转、点动、互锁、连锁控制。满足以下具体要求： (1) M1可以正、反向点动调整控制； (2) M1正向起动之后，延时5分钟再可起动M2； (3) 停车时，M2停止后，延时2分钟再可停M1； (4) 主电路同实验一。 四、实验参考电路与梯形图 1．电路
第6章思考题与习题答案
思考题与习题 1．步进电动机是数字控制系统中的一种执行元件，其功用是将________变换为相应的角位移或直线位移。（） A．直流电信号 B.交流电信号 C. 计算机信号 D.脉冲电信号 2. 在步进电机的步距角一定的情况下，步进电机的转速与__ __成正比。 3．步进电动机与一般旋转电动机有什么不同？步进电动机有哪几种? 4．试以三相单三拍反应式步进电动机为例说明步进电动机的工作原理．为什么步进电动机有两种步距角？ 5. 步进电动机常用于_________系统中作执行元件，以有利于简化控制系统。（） A.高精度 B.高速度 C.开环 D.闭环 6. 步进电动机的角位移量或线位移量与输入脉冲数成_ _。 7. 步进电动机的输出特性是( ) A.输出电压与转速成正比 B.输出电压与转角成正比 C.转速与脉冲量成正比 D.转速与脉冲频率成正比 8、如何控制步进电动机输出的角位移、转速或线速度？ 9、反应式步进电动机与永磁式及感应式步进电动机在作用原理方面有什么共同点和差异？步进电动机与同步电动机有什么共同点和差异？ 10、一台反应式步进电动机步距角为0.9o/1.8o，问（1）这是什么意思？（2）转子齿数是多少？ 11．采用双拍制的步进电动机步距角与采用单拍制相比（） A．减小一半 B.相同 C.增大一半 D.增大一倍 12. 有一四相八极反应式步进电机，其技术数据中有步距角为1.8°/0.9°，则该电机转子齿数为（） A.75 B.100 C.50 D.不能确定 13．一台三相反应式步进电动机，采用三相六拍运行方式，在脉冲频率f为400Hz时，其转速n为100r/min，试计算其转子齿数Z R和步距角θb。若脉冲频率不变，采用三相三拍运行方式，其转速n1和步距角θb1又为多少？ 14. 一台三相反应式步进电动机，其转子齿数Z R为40，分配方式为三相六拍，脉冲频率f 为600Hz，要求： （1）写出步进电动机顺时针和逆时针旋转时各相绕组的通电顺序； （2）求步进电动机的步距角θb； （3）求步进电动机的转速n。 15. 有一脉冲电源，通过环形分配器将脉冲分配给五相十拍通电的步进电机定子绕组，测得步进电机的转速为100rpm，已知转子有24个齿。（5分）
pLC实验指导书
可编程序控制器 实验指导书 四川工程职业技术学院 数控教研室 2010．08
目录 目录 (1) 绪论 (3) 实验一编程系统使用实验 (4) 实验二电机的启停控制 (5) 实验三彩灯循环控制 (7) 实验四气动装置的控制 (9) 实验五十字路口交通灯控制 (11) 实验六步进电机控制（演示实验） (13) 实验七正、次品分拣控制 (15)
绪论 可编程控制器（PLC）是一种以微电子技术、自动化技术、计算机技术和通讯技术为一体，以工业自动化控制为目标的新型控制装置。 我国大量使用的PLC产品主要有德国西门子公司的S7系列、日本三菱公司的F系列、立石公司的C系列、松下电工FP1系列和美国GE公司的GE系列等；其中，西门子公司的S7-200小型PLC以其结构紧凑、可靠性高、功能全等优点在自动控制领域占有非常重要的地位。 为配合高职高专教育的特点，增强学生的实践动手能力，适应社会和企业的需要，可编程控制器（PLC）的实践性教学环节（实验和专用周）就显得尤为重要。 可编程控制器（PLC）的实验一般遵循循序渐进的原则，由浅入深的分为上机练习实验（熟悉编程软件的使用方法）、应用练习实验和PLC控制系统设计的综合实验等部分。PLC的实验方法通常有两种，一种是用PLC实验装置进行实验和应用程序的开发；另一种是用普通的PLC外加若干导线进行简易的开发和实验。PLC实验装置具有直观、使用方便的优点，通常配有各种工业控制模板，可以形象的模拟工业现场，特别是导线的插拔连接形式，很适用于在教学过程中重复使用。如果没有PLC实验装置，也可以直接使用PLC配以外部连接导线，给出必要的输入信号进行实验，还可以利用PLC 自身的输出指示来观察PLC运行的结果。
用PLC实现步进电机的快速精确定位_
用PLC实现步进电机的快速精确定位 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号时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”），其旋转以固定的角度运行。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量以达到准确定位的目的;同时也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度而达到调速的目的。步进电机作为一种控制用的特种电机，因其没有积累误差（精度为100%）而广泛应用于各种开环控制。 1 定位原理及方案 1.1 步进电机加减速控制原理 步进电机驱动执行机构从一个位置向另一个位置移动时，要经历升速、恒速和减速过程。当步进电机的运行频率低于其本身起动频率时，可以用运行频率直接起动并以此频率运行，需要停止时，可从运行频率直接降到零速。当步进电机运行频率fb>fa（有载起动时的起动频率）时，若直接用fb频率起动会造成步进电机失步甚至堵转。同样在fb频率下突然停止时，由于惯性作用，步进电机会发生过冲，影响定位精度。如果非常缓慢的升降速，步进电机虽然不会产生失步和过冲现象，但影响了执行机构的工作效率。所以对步进电机加减速要保证在不失步和过冲前提下，用最快的速度（或最短的时间）移动到指定位置。 步进电机常用的升降频控制方法有2种：直线升降频（图1）和指数曲线升降频（图2）。指数曲线法具有较强的跟踪能力，但当速度变化较大时平衡性差。直线法平稳性好，适用于速度变化较大的快速定位方式。以恒定的加速度升降，规律简练，用软件实现比较简单，本文即采用此方法。 1.2 定位方案 要保证系统的定位精度，脉冲当量即步进电机转一个步距角所移动的距离不能太大，而
且步进电机的升降速要缓慢，以防止产生失步或过冲现象。但这两个因素合在一起带来了一个突出问题：定位时间太长，影响执行机构的工作效率。因此要获得高的定位速度，同时又要保证定位精度，可以把整个定位过程划分为两个阶段：粗定位阶段和精定位阶段。粗定位阶段，采用较大的脉冲当量，如0.1mm/步或1mm/步，甚至更高。精定位阶段，为了保证定位精度，换用较小的脉冲当量，如0.01mm/步。虽然脉冲当量变小，但由于精定位行程很短（可定为全行程的五十分之一左右），并不会影响到定位速度。为了实现此目的，机械方面可通过采用不同变速机构实现。 工业机床控制在工业自动化控制中占有重要位置，定位钻孔是常用工步。设刀具或工作台欲从A点移至C点，已知AC=200mm，把AC划分为AB与BC两段，AB=196mm，BC=4mm，AB 段为粗定位行程，采用0.1mm/步的脉冲当量依据直线升降频规律快速移动，BC段为精定位行程，采用0.01mm/步的脉冲当量，以B点的低频恒速运动完成精确定位。在粗定位结束进入精定位的同时，PLC自动实现变速机构的更换。 2 定位程序设计 2.1 PLC脉冲输出指令 目前较为先进的PLC不仅具有满足顺序控制要求的基本逻辑指令，而且还提供了丰富的功能指令。Siemens S7-200系列PLC的PLUS指令在Q0.0和Q0.1输出PTO或PWM高速脉冲，最大输出频率为20KHz。脉冲串（PTO）提供方波输出（50%占空比），用户控制周期和脉冲数。脉冲宽度可调制（PWM）酮能提供连续、变占空比输出，用户控制周期和脉冲宽度。本文采用PTO的多段管线工作方式实现粗定位，PTO的单段管线方式实现精定位，如图3。 图3 步进电机定位过程图 上述例子中，假定电机的起动和结束频率是2KHz，最大脉冲频率是10KHz。在粗定位过程中，用200个脉冲完成升频加速，400个脉冲完成降频减速。使用PLC的PTO多段管线脉
步进电机试验
实验19步进电机实验 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。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。 步进电机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。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。 步进电机的主要特性： 1 步进电机必须加驱动才可以运转，驱动型号必须为脉冲信号，没有脉冲的时候，步进电机静止，如果加入适当的脉冲信号，就会以一定的角度（称为步角）转动。转动的速度和脉冲的频率成正比。 2 步进电机的步进角度为7.5度，一圈360度，需要48个脉冲完成。 3 步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性。 4 改变脉冲的顺序，可以方便的改变转动的方向。 步进电机的接法：运行后电机转动(如下图）
XL2000套件采用的是12v步进电机，为了演示的方便，我们为他提供了5v的电源,此时转动力矩较小，读者也可自行把他应用为12v。该步进电机的耗电流为200ma左右，采用uln2003驱动，驱动端口为p1.0,p1.1,p1.2,p1.3. 由于uln2003本身是一个反向器，因此在实际应用中我们在他前面设计了一个74ls14的反向器。使他最终的结果还是同相。 正转 步数p1.0 p1.1 p1.2 p1.3 03 h 1 1 1 0 0 09 h 2 1 0 0 1 0ch 3 0 0 1 1 06 4 0 1 1 0 反转 步数p1.0 p1.1 p1.2 p1.3 03 h 1 1 1 0 0 06 h 2 0 1 1 0 0ch 3 0 0 1 1 09 4 1 0 0 1