步进电机控制系统课程设计

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1、 课课 程程 设设 计计 说说 明明 书书 题题 目：目：步进电机控制系统步进电机控制系统 学院（系） ：学院（系） ： 年级专业：年级专业： 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 同组学生：同组学生： 指导教师：指导教师： 步进电机控步进电机控制系统制系统 设计者：xxxxx 指导老师：xxxx 1 1 摘要：摘要： 由于步进电机自身的特点、不需要位置、速度等信号反馈，只需要脉冲发生器产生 足够的脉冲数和合适的脉冲频率，就可以控制步进电机移动的距离和速度。步进电机的运 转方向的控制为输入电机各绕组的通电顺序。例如，一个三相步进电机的通电顺序为： aabbbcccaa-.，此时点击正转，若通电

2、顺序改为： aacccbbbaa-.时点击反转。既可以通过改变环形分配器的脉冲输出顺 序，也可以通过编程改变输出脉冲的顺序，来改变输入到各绕组的通电顺序，达到控制电 击方向的目的。 关键词：关键词：步进电机 PLC 步进电机驱动器 引言引言 步进电机是一种常用的电气执行原件， 一种多相或单相同步点击， 在数控机床、 包装机械等自动控制及检测仪表等方面得到广泛运用。 随着 plc 的不短发展。 其功能越来越 强大，除了有简单的逻辑功能和顺序控制外，运算功能的加入、pid 和各类高速指令、使得 plc 对复杂和特殊系统的控制应用更加广泛。Plc 与数控技术的结合产生了各种不同类型的 数控设备。 2

3、 2 任务与要求任务与要求 (1) 了解步进电机的原理 (2) 熟练使用 PLC 控制步进电机，了解步进电机驱动器原理 3 3 装置原理介绍装置原理介绍 3.1 控制系统功能框图 在步进电机控制系统中，首先控制步进电机使之稳步启动，然后高速运动，接近制定位 置时，减速之后低速运动一段时间，在准确地停在预定的位置上，最后步进电机停留 2s 后， 按照前进时的加速高速减速低速的步骤返回到起始点， 其运动状态转换过程平稳， 其 功能框图如图 3.1 所以，其简单工作过程如图 3.2 所示。 由于步进电机本身的结构特性决定了它要实现高速运转必须有加速过程， 如果在启动时突然 加载高频脉冲，电机会产生啸

4、叫、失步甚至不能启动，在停止阶段也是这样，当高频脉冲突 然降到零时， 电机会产生啸叫和振动， 所以在启动和停止时， 都必须有一个加速和减速过程。 3.2 步进电机控制系统硬件设计 由于步进电机的硬件结构特性， 所以对输入的脉冲的频率有所限制， 对于低频的脉冲输 出时，plc 可以利用定时器来完成。若要求步进电机的速度较快时，就需要用 plc 的高速脉 冲输出指令，这时就需要在程序中设置相应的步骤来完成对步进电机的控制。 3.21 组建器材 （1）主机 plc 根据系统的控制要求，采用三菱 FX 系统系列的 plc 作为控制器。 （2）限位 开关 此系统中共用了两个限位开关：左限位开关和右限位开

5、关。这两个限位开关的作用是 控制物体的位置，防止物体超出合理的工作范围。 （3）步进电机 步进电机是该系统的执行机构 （4）步进电机驱动器 步进电机必须使用专用的电机驱动器才能正常工作。Pulse 是脉冲的 输入端口，每个脉冲的上升沿使电机转动一步；DIR 是方向信号，用于控制电机的正、反转： 低电平时，顺时针旋转；高电平时，逆时针旋转。 在控制系统中用 plc 来产生脉冲， 输出一定数量的脉冲来控制步进电机的位移， 控制脉冲 的频率来控制步进电机的速度， 步进电机驱动器将接收的脉冲进行分配， 按照一定的通电顺 序供给绕组。 根据以上分析，将 plc 的 I/O 分配如表 3.3 综上所述，根据硬件框图及 I/O 分配表，设计出该系统的硬件连线图。如图 3.4 3.3 步进电机控制系统软件设计 根据系统的控制要求，设计如图 3.5 所示的控制流程图，这个程序分为 3 个部分：主程 序、子程序、中断程序。 由于不仅电机的启动频率不能太高， 所以编程时采用先低频启动， 然后升频到高频快速运动， 到接近停止位置时，先降频低速运行，到最后设置位置停止，其脉冲频率特性如图 3.6 根据图 3.6 所示的流程图，编写梯形图程序如图 3.7 所示。3.7（a）所示为控制过程的主程 序。主程序完成的主要功能有：在通电的开始，先讲输出口 Y0 初始化置零；设定电机的转 动方向；