基于对步进电机的控制设计

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1、摘要随着高精密加工技术的不断发展，人们对工作台的加工精度提出了越来越高的要求。而工作台的定位精度是影响其加工精度的主要因素之一，所以如何方便实用的提高对工作台的精确定位成为现在各个方面都在研究的重要课题。而对于开环和半闭环控制系统，由于开环环节的存在，使得我们在本次研究过程中的定位精度受到了一定的限制，对于工作台的定位精度主要取决于电机的控制精度以及程序控制误差的双重影响，为了达到最大限度的满足两自由度工作台X-Y的精确定位，本设计主要从基于高速脉冲的精确定位出发，以满足和提高现代机床的定位操作，从而满足人们

2、两自由度工作台越来越高的要求。为了在一定场合取代高成本的定位控制，实现精确定位控制系统最优的性价比，采用西门子S7-200系列PLC作为控制器，通过驱动器控制步进电机运行以实现准确定位。本设计采用PLC基于高速脉冲的两自由度工作台精确定位控制系统，得出了精确定位控制系统设计与实施的关键，并给出了实现精确定位的控制方案及PLC程序。这种使用PLC实现的定位方法具有快速、精确、成本低、易于实现的特点，在工业生产中十分实用。关键词：工作台精确定位PLC步进电机引言　步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步

3、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。　　可编程序控制器（PLC）是专为在工业环境下应用而设计的一种工业控制计算机，具有抗干扰能力强、可靠性极高、体积小等显著优点，是实现机电一体化的理想控制装置。通过对步进电机定位

4、与PLC的深入研究，本文提出了利用PLC的高速脉冲输出实现步进电机位置控制功能的有关见解与方法，介绍了步进电机加减速控制原理以及用PLC实现步进电机快速精确定位的方法，给出了位置控制系统方案及软件设计思路，在实验室内运行通过，对于工矿企业实现相关步进电机的精确定位控制具有较高的应用与参考价值1.1两自由度X-Y工作台精确定位的背景与发展随着现代微科技技术的发展，研制定位精度高、测量范围大、运动平面度高的二自由度工作台，即X-Y移动工作台具有重要现实的意义。精确定位技术的发展，不仅在精密测量、半导体光刻方面需要

5、十分精确的定位和非常精细的运动，其他如微型机械、超精密加工、微型装配、生物细胞操纵和纳米技术等领域都需要精密工作台的协同运动，因此研究两自由度X-Y工作台精确定位成为当务之急。在电机驱动工作台精确定位的系统中，可以利用现代控制理论的新发展，选择合适的控制方法，在不断更新设备的情况下同时提高对工作台的精确定位。1.2设计的意义和目的随着现代技术的发展，特别是微型计算机的普及和应用，使现代机械加工技术发生了深刻的变化，这种变化主要涵盖两个方面，一是想着提高产品加工的生产效率为主的高度自动化的方向发展，另一个是向着

6、提高产品质量为主的精度化的方向发展。而由于现代机电设备结构的复杂化，融机、电、光、液等技术于一体，功能也越来越复杂，越来越完善，在这种情况下如何提高产品的加工质量成为机械行业迫切需要解决的问题，而精确定位两自由度X-Y工作台作为加工机床的关键部分，具有它广泛的研究范围和经济的研究价值，对于提高生产效率和生产精度等提高生产的方面的发展具有深刻的意义。基于高速脉冲对两自由度X-Y工作台的精确定位，是一种方便、实用、和低成本的有效方法，这也是本设计研究目的之所在。1.3设计的主要原理及方案要点1.3.1主要原理本设

7、计主要以两自由度X-Y工作台的精确定位作为研究对象，通过PLC可编程控制器与接口电路相连接，发送高速脉冲指令，通过驱动装置驱动步进电机带动XY工作台的动作。工作原理图如下所示：PLC控制器驱动电路步进电机工作台1.3.2方案要点（1）两自由度X-Y工作台控制系统的设计。PLC可编程控制器作为本设计的关键部分，必须有合理精确的程序作为控制指令。（2）（3）第二章系统方案总体设计2.1设计思想利用PLC的高速脉冲指令控制步进电机实现准确定位，目前世界上主要的PLC厂家生产的PLC均有专门的高速脉冲输出指令，可以很

8、方便地和步进电机构成运动定位控制系统。由PLC高速脉冲指令控制步进电机实现准确定位的实质是PLC通过高速脉冲输出指令PTO/PWM输出高速脉冲信号，经步进电机脉冲细分驱动器控制步进电机的运行，从而推动工作台移动到达指定的位置，实现准确定位。工作台移动的距离与PLC脉冲数之间的关系为：　　 　　式中：N为PLC发出的控制脉冲的个数;n为步进电机驱动器的脉冲细分数(如果步进电机驱动器有脉冲细分驱动);θ