三相六拍步进电动机控制程序的设计

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1、摘要目前世界上发达国家生产和使用的数量日益增多，它作为工业控制器广泛地应用于冶金生产、汽车制造、石油化工、轻工食品、能源、交通等几乎所有工业领城。其控制方法也从简单的单机开关量控制向过程控制、数字控制和多机网络控制方向发展。传统电器控制，使用最多的电器是继电器，而且继电器控制采用固定接线，很难适应产品机型的更新换代。生产线承担的加工对象改变后，加工控制程序随之改变耍求。对于大型自动化生产线的控制系统使用的继电器数很多，这些有触点的电器工作频率较低，在频繁动作的情况下，寿命较短，容易造成系统故障，使生产运行的可靠性、稳定性降低。使用比可编程控制器实现三相六拍步进电机驭动，可使步进电机动作

2、的抗干扰能力强、可靠性高,同时，由于实现了模块化结构，使系统构成十分灵活，而且编程语言简单易学，便于掌握。可以进行在线修改，柔性好，体积小，维修方便。步进电动机具有快速起停、精确步进和定位等特点，所以常用作工业过程控制及仪器仪表的控制元件。目前，比较典型的控制方法是用单片机产生脉冲序列来控制步进电机。但采用单片机控制,不仅要设计复杂的控制程序和I/0接口电路，实现比较麻烦，而且对工业现场的恶劣环境适应性差，可靠性不高。基于PLC控制的步进电机具有设计简单，实现方便，定位精度高，参数设置灵活等优点，在工业过程控制中使用，可靠性高，监控方便。下面介绍一种基于PLC的步进电动机PTO控制的方

3、法。目录摘要1第一章步进电动机21.1步进电机基础31.1.0步进电机的主要特性31.1.1三相六拍步进电机4第二章三相六拍步进电动机控制程序的设计52.1程序设计的基木思路52.1.1三相六拍步进屯机的控制要求62.1.2控制程序框图及软件模块62.2梯形图程序设计72.2.1输入惭出编址72.2.2状态真值表72.3梯形图程序82.4三相六拍步进电机控制语句表122.5步进电机的I/O分配13第三章143.1程序的分析与比较143.1.0简捷性143.2柔性化143.2.1步进速度的变化143.2.2从三相六拍到五相十拍15第四章总结16参考文献16第一章步进电动机1.1步进电机基

4、础步进电动机主要用于开环控制系统，也可用于闭环控制系统。步进电动机是-种将电脉冲信号变换成相应的角位移或直线位移的机电执行兀件。1.1.0步进电机的主要特性⑴步距角和静态步距误差：步进电机的步距角G是决定开坏伺服系统脉冲当量的重要参数，数控机床中常见的反应式步进屯机的步距角一般为0.5°〜0.3。一•般情况下，步距角越小，加工精度越高，静态步距误差指理论的步距角和实际的步距角之差，以分表示，一般在10’以内。步距误差主要曲步进屯机齿距角制造误差、定子和转子间气隙不均匀、各相电磁转矩不均匀等因索造成的，步距误差直接影响工作的加工精度以及步进屯机的动态特性。(2)动频率fd：空载时，步进电

5、机曲静止突然启动，并进人不丢步的正常运行所允许的最高频率，称为启动频率或突跳频率用fd表示，若启动频率大于突跳频率，步进电机就不能正常启动,fd与负载惯量有关，一般说來随着负载惯量的增长而下降。空载启动时，步进屯机定子绕组通电状态变化的频率不能高于突跳频率。(3)连续运行的最高工作频率fmax,步进电机连续运行时，它所能接受的，即保证不丢步运行的极限频率fmax称为最高工作频率。它是决定定子绕组通屯状态最高变化频率的参数，它决定了步进屯机的最高转速。其值大于fq,并且随着负载的性质和大小而异。(4)加减速特性：步进屯机的加减速特性是描述步进电机由静止到工作频率和由工作频率到静止的加减速

6、过程中，定子绕组通电状态的变化频率与时间的关系。当要求步进电机启动到大于突跳频率的工作频而停止时，变化速度必须逐渐下降。逐渐上升和逐渐下降的加速时间、减速不能过小，否则会出现失步或超步。我们用加速时间常数来描述步进电机的升速和降速特性见图1。(5)矩频特性与动态转矩，矩频特性M二F(f),图1.2是描述转矩-频率关系的曲线，该特性曲线上每-个频率对应的转矩称为动态转矩。可见，动态转矩随连续频率的上升或卜•降。上述步进电机的主要特性除第一项外，其余均与电源有很大关系。驱动电源性能好，步进电机的特性可能得到明显改善。Md(Nm)图1.2转矩一顺率特性Illi线图1.3单定子径向分相反应式伺

7、服步进电机结构原理圈1.1.1三相六拍步进电机三相六拍步进电机是一典型单定子、径向分相、反应式伺服电机。其结构原理图如图3所示。它与普通电机一样，分为定子和转子两部分，其屮定子又分为定子铁芯和定子绕组。定子铁芯由电工钢片叠压而成。定子绕组绕制在定子铁芯上，六个均匀分布齿上的线圈，在直径方向上相对的两个齿上的线圈出联在一起，构成一相控制绕组。三相步进电机可构成三相控制绕组，若任一相绕组通电，便形成一组定子磁极，其方向即图1.3屮所示的N3极。在定