步进电机控制系统设计说明书

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1、摘要随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求暈与H倶增，它广泛川于打印机、电动玩A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巾，其在各个国民经济领域都冇应用。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。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，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”），它的旋转足以固定的角度一•步一步运行的。plc足一种专门为工业环境设计的通川控制装置，可以完成大型而复杂的控制技

2、术，以可靠性高、通用性强、体积小、成本低著称，成为工业&动化的技术支柱之一，在工业tl动控制领域占侖十分重要的地位。本控制系统的设计，由硬件设计和软件设计两部分组成。其屮，硬件设计包括PLC的输入输出特性、PLC的外围电路设计PLC与步进电机的连接与匹配等问题的实现。软件设计包括主程序以及各个模块的控制程序，敁终实现对步进电机转动转速、转向的控制以及定位控制。本系统具有智能性、实用性及可靠性的特点。关键词：步进电动机PLC速度控制方向控制定位控制1课题背景及意义11.1选题背景11.2设计0的及系统功能

3、12步进电机22.1步进电机的分类22.2步进电机性能比较22.3步进电动机工作原理22.4步进电机特性33PLC简介43.1PLC定义43.2PLC特点43.3PLC的工作原理44控制系统的总体设计64.1步进电动机数字控制方法研究64.2步进电机硬件设计思路64.3PLC参数定义及T/0接LI地址分配74.4程序设计任务84.5步进屯机按脉冲方式实现快速和慢速运行84.5.1程序运行功能84.5.2STEP7-Micro/WINV4.0软件设计94.6步进电机按脉冲方式实现定位功能114.6.1程序

4、运行功能114.6.2STEP7-Micro/WINV4.0软件设计114.7步进电机按计吋器方式实现快/慢速及定位功能134.7.1程序运行功能134.7.2STRP7-Micro/WTNV4.0软件设计135靴176職187参考文献191课题背景及意义1.1选题背景在屯气时代的今天，电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重耍的作用。无论是在工农业生产还是在日常生活屮的家用电器，都人地使用着各种各样的电动机。因此对电动机的控制变得越來越熏要了。电动机的控制技木的发展得力于微电子技水、屯力电子技术、传

5、感器技术、永磁材料技术、A动控制技水、微机应用技术的最新发展成就。正是这些技术的进少使电动机控制技术化。步进电机足机电控制中-•种常用的执行机构，其原理足通过对它每相线圈中的电流和顺序切换来使电机作步进式旋转。驱动电路由脉冲信号来控制，所以调节脉冲信号的频率便可改变少进电机的转速。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阀定的角度(及步进角)。通过控制脉冲个数即可以控制角位移s,从而达到准确定位的n的。m时通过控制脉冲频率来控制屯机转动的速度和加速度，从而达到调速的

6、目的，现在比较常用的步进电机包括反府式步进电机(VR)、永磁式少进电机(PM),浞合式少进电机(HB)和单相式步进电机等。1.2设计目的及系统功能木文针对步进电动机的控制系统进行了研究，主要是利用PLC来对二相混合式步进电机进行控制，在了解少进电动机的发展史跟工作原理的同时，基于步进电机的优点，简单了解不

7、uj功率的步进电机驱动屯路。该控制系统耍能完成对步进电机的速度及方句控制、定位控制。2步进电机2.1步进电机的分类步进电动机的存在很多种，但是现在被广泛使用的只有反成式少以及混合式步进电机。对于步进电

8、机，从广义上來说，可分为机械式、电磁式、组合式三种；从结构特点上來说，步进电机可分为反应式、永磁式、混合式三种类型；从相数來说，步进电机可为两相、三相、叫相和多相。2.2步进电机性能比较反应式步进电动机，其起动和运行时的频率高，原因就在于步距角吋以比较小。但足其消耗功率比较人。原因在于其断电吋耑要带电定位。永磁式步进电动机的起动和运行频率较低，侃是其消耗的功率较小，原因就是和反应式不同的是其断电的时候存在定位力矩。混合式步进电动机，其结合前两者消耗功率小和起动运行频率低的优点。丼且该步进电机效率高，发热

9、低，因为其与反应式相比，转子上有软磁材料所需工作点永磁体，凡定子激磁只耑提供变化的磁场，不耑提供磁材料工作点的耗能。还打由于永磁体给其带來了较人的反电势，增加了£）身阻尼的作川，让仑在转动过程中比较平稳，也就不会带來噪声和低频振动了。2.3步进电动机工作原理通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组吋，定子绕组产牛.一矢暈磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向-•致。当定子的矢虽磁场旋转一个角度。转了•也随