陶文轩大学本科设计(步进电机).docVIP

昆山登云科技职业学院 毕业设计(论文) 步进电机控制装置设计--程序设计 教 学 系： 机 电 工 程 系 专业班级： 11—5联兴专班 学生姓名： 陶 文 轩 指导教师： 卢 美 鸿 步进电机控制装置设计--程序设计 摘 要 本设计介绍了以台达可编程控制器为核心的步进电机控制装置的设计，其中包括课题研究的背景、目的及意义，步进电机的工作原理和工作特性，驱动器的驱动控制方式，旋转编码器的相关必备知识，控制装置的硬件设计和软件设计；步进电机实现了单轴运动的启动、停止、正转、反转以及双轴联动，并通过绝对型旋转编码器采集信号来实现位置跟踪控制功能。经过实际应用证明，该控制系统的准确性以及稳定性都非常好。 关 键 词 台达可编程控制器 步进电机驱动器 步进电机 位置跟踪控制 目录 1引言 1 1.1 步进电机控制装置研究现状综述 1 1.2 设计内容和任务要求 2 1.3 系统设计和可行性分析 2 2 步进电机的工作原理及驱动技术 2 2.1步进电机的工作原理 2 2.2 步进电机的的一些基本参数及特点 3 2.3 步进电机的驱动技术 4 3 控制系统的硬件设计 5 3.1 控制模块的设计 5 3.2 驱动电路模块的设计 6 3.3 反馈模块的设计 7 4 步进电机控制实验装置的软件设计 8 4.1 一台步进电机的正反转程序 8 4.2 两台步进电机的联动程序 8 4.3 两台步进电机的跟踪运动 9 结束语 12 参考文献 13 附录程序流程图、格雷码转换原理 14 致谢 16 1引言 1.1 步进电机控制装置研究现状综述 ? 随着微电子技术和计算机技术的发展，可编程序控制器有了突飞猛进的发展，其功能已远远超出了逻辑控制、顺序控制的范围。继续沿着小型化的方向发展。随着电动机本身应用领域的拓宽以及各类整机的不断小型化，要求与之配套的电动机也必须越来越小。对电动机进行综合设计。即把转子位置传感器, 减速齿轮等和电动机本体综合设计在一起, 这样使其能方便地组成一个闭环系统, 因而具有更加优越的控制性。向五相和三相电动机方向发展，目前广泛应用的二相和四相电动机，其振动和噪声较大，而五相和三相电动机具有优势性。而就这两种电动机而言，五相电动机的驱动电路比三相电动机复杂，因此三相电动机系统的性能价格比要比五相电动机更好一些。目前利用可编程序控制器（即 P L C 技术）可以方便地实现对电机速度和位置的控制，方便地进行各种步进电机的操作，完成各种复杂的工作，它代表了先进的工业自动化革命，加速了机电一体化的实现。用PLC对步进电机也具有良好的控制能力，利用其高速脉冲输出功能或运动控制功能，现对步进电机的控制。步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件,每当对其施加一个电脉冲时,其输出轴便转过一个固定的角度。步进电机的输出位移量与输入脉冲个数成正比,其转速与单位时间内输入的脉冲数(即脉冲频率)成正比,其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的相序有关。所以只要控制指令脉冲的数量、频率及电机绕组通电的相序,便可控制步进电机的输出位移量、速度和转向。PLC直接控制步进电机系统由PLC和步进电机组成,PLC具有实时刷新技术,输出信号的频率可以达到数千赫兹或更高,使得脉冲分配能有很高的分配速度,充分利用步进电机的速度响应能力,提高整个系统的快速性。并且,PLC有采用大功率晶体管的输出端口,能够满足步进电机各相绕组数10V级脉冲电压、1A级脉冲电流的驱动要求。有以上步进电机的工作原理以及工作方式我们可以看出：控制步进电机最重要的就是要产生出符合要求的控制脉冲。西门子PLC本身带有高速脉冲计数器和高速脉冲发生器，其发出的频率最大为10KHz，能够满足步进电动机的要求，与硬件连接相比对于环形脉冲分配器和功率放大器的功能则对PLC提出两个特性要求。一是在此应用的PLC最好是具有实时刷新技术的PLC,使输出信号的频率可以达到数千或更高。其目的是使环形脉冲分配能有较高的分配速度,充分利用步进电机的速度响应能力,提高整个系统的快速性。二是PLC本身的输出端口应该采用大功率晶体管,以满足步进电机各相绕组数十伏脉冲电压、数安培脉冲电流的驱动要求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步进电机件。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，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。可以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。步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流