步进电机调速控制系统

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步进电机控制系统原理

步进电机控制系统原理步进电机控制系统的原理是控制步进电机运动，使其按照既定的速度和步长进行转动。

步进电机是一种特殊的电机，它通过控制输入的脉冲信号来驱动转子旋转一定的角度，步进电机每接收到一个脉冲信号，转子就会转动一定的角度，因此可以精确控制电机的位置和速度。

控制器是步进电机控制系统的核心部分，它通过软件算法生成脉冲信号来控制步进电机转动。

脉冲信号的频率和脉宽可以调节，频率决定步进电机转动的速度，脉宽决定步进电机转动的步长。

通常采用微处理器作为控制器，通过编程来控制脉冲信号的生成。

驱动器是将控制器产生的脉冲信号转换为电流信号，驱动步进电机转动。

驱动器通常由一个或多个功率晶体管组成，通过开关控制来产生恰当的电流信号。

驱动器还可以采用电流反馈回路来实现闭环控制，提高步进电机的控制精度。

步进电机是根据驱动器的电流信号转动的执行部件，它通过电磁力和磁场相互作用来实现转动。

步进电机根据控制器产生的脉冲信号确定转动的角度和速度。

步进电机一般由定子和转子组成，定子上有若干个电磁线圈，转子上有若干个永磁体。

当驱动器给定一个电流信号时，电流通过定子线圈产生磁场，与转子上的永磁体相互作用，使转子转动一定的角度。

当驱动器改变电流信号时，磁场方向改变，转子转动的角度和方向也会改变。

步进电机控制系统的原理就是通过控制器产生脉冲信号，驱动器将脉冲信号转换为电流信号，通过电流信号驱动步进电机转动。

控制器根据需要调整脉冲信号的频率和脉宽，从而控制步进电机的转动速度和步长。

驱动器根据电流信号的大小和方向控制步进电机的转动角度和方向。

步进电机根据电磁力和磁场相互作用来实现转动。

通过调节脉冲信号的频率和脉宽，可以实现对步进电机的精确控制。

基于S7-200PLC步进电机调速控制—步进驱动控制系统设计

摘要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，使用PLC可编程控制器实现步进电动机驱动，可使步进电动机的抗干扰能力强，可靠性高，同时，由于实现了模块化结构，是系统结构十分灵活，而且编程语言简短易学，便于掌握，可以进行在线修改，柔性好，体积小，维修方便。

本设计是利用PLC做进电动机的控制核心，用按钮开关的通断来实现对步进电机正,反转控制，而且正，反转切换无须经过停车步骤。

其次可以通过对按钮的控制来实现对高，低速度的控制。

充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC 控制系统的首要前提，这也是设计最重要的一条原则。

本设计更加便于实现对步进电机的制动化控制。

其主要内容如下：1了解PLC控制步进电机的工作原理2掌握PLC的硬件构成，完成硬件选型3设计PLC的控制系统4用STEP 7完成PLC的编程关键词：步进电机；PLC控制；电机正反转；高低速控制AbstractStepper motor has a quick starts and stops, precision stepping and positioning features, commonly used for industrial process control and instrumentation, PLC programmable controller stepper motor drive can stepper motor anti-interference ability, high reliability, at the same time, due to the modular structure, the system structure is very flexible, and programming languages brief to learn, easy to master, can be modified online, good flexibility, small size, easy maintenance.This design is the use of PLC built into the core of the motor control button to switch on and off to the stepper motor is the reverse control, and positive, reverse switch without having to go through the parking step. Followed by the button control to achieve the high and low speed control. Give full play to the functions of PLC as possible to meet the control requirements of the controlled object is the most important prerequisite for the design PLC control system, which is designed to the most important principle. This design is easier to achieve braking control of the stepper motor. Its main contents are as follows:An understanding of PLC control the working principle of the stepper motor2 grasp the PLC hardware structure, the completion hardware selection3 Design of PLC control system4 complete PLC programming with STEP 7Key words: Stepper motor; PLC control; motor reversing; high and low speed control目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)1.1 PLC步进驱动控制系统研究和意义 (1)1.2 国内外PLC的发展 (1)1.3 国内外步进电机的发展概况 (2)1.4 PLC步进驱动控制系统主要研究工作 (3)2 步进电机及PLC简介 (4)2.1 步进电机简介 (4)2.1.1步进电机的分类 (4)2.1.2步进电机的基本参数 (4)2.1.3步进电机的特点 (5)2.2 步进电机在工业中的应用 (5)2.3 PLC的特点 (6)2.4 PLC技术在步进电机控制中的应用 (6)3 PLC控制步进电机工作方式的选择 (8)3.1 常见的步进电机的工作方式 (8)3.2 步进电机控制原理 (8)3.2.1控制步进电机换向顺序 (8)3.2.2控制步进电机的转向 (8)3.2.3控制步进电机的速度 (8)3.3 PLC控制步进电机的方法 (9)3.4 PLC控制步进电机的设计思路 (10)4 S7-200PLC控制步进电机硬件设计 (12)4.1 S7-200PLC的介绍 (12)4.1.1硬件系统 (12)4.1.2软元件 (13)4.2 步进电机的选择 (14)4.3 步进电机驱动电路设计 (15)4.3.1驱动器的选择 (15)4.3.2步进电机驱动电路 (16)4.3.3驱动电路接口 (16)4.3.4电气原理图 (17)4.4 PLC驱动步进电机 (17)5 S7-200PLC控制步进电机软件设计 (19)5.1 STEP7-MICRO/WIN32概述 (19)5.1.1基本功能 (19)5.1.2运动控制 (19)5.1.3创建调制解调模块程序 (19)5.2 程序的编写 (21)5.3 梯形图程序设计 (22)5.3.1CPU的选择 (22)5.3.2输入输出编址 (22)5.3.3状态真值表 (22)5.4 梯形图程序 (23)6 总结 (30)6.1 全文总结 (30)6.2 不足之处及展望 (30)致谢 (31)参考文献 (32)基于S7-200PLC步进电机调速控制—步进驱动控制系统设计1绪论1.1 PLC步进驱动控制系统研究和意义基于步进电动机良好的控制和准确定位特性，被广泛应用在精确定位方面，诸如数控机床、喷绘机、工业控制系统、自动控制计算装置、自动记录仪表等自动控制领域。

步进电机运动控制系统设计

步进电机运动控制系统设计设计时考虑到CPU在执行指令时可能受到干扰的冲击,导致程序”跑飞”或者进入”死循环”,因此,设计了看门狗电路,使用的是MAXIM公司生产的微处理系统监控集成芯片MAXI813。

本文还详细地给出了相关的硬件框图和软件流程图，并编制了该汇编程序。

步进电机最早是在1920年由英国人所开发。

1950年后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，这对于数字化的控制变得更为容易。

以后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解性能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的系统中。

在生产过程中要求自动化、省、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。

步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一,广泛应用在各种自动化控制系统中。

随着微和技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民领域都有应用。

步进电机是将电脉冲信号变换成角位移或直线位移的执行部件。

步进电机可以直接用数字信号驱动，使用非常方便。

一般电动机都是连续转动的，而步进电动机则有定位和运转两种基本状态，当有脉冲输入时步进电动机一步一步地转动，每给它一个脉冲信号，它就转过一定的角度。

步进电动机的角位移量和输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步，因此只要控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电的相序，便可获得所需的转角、转速及转动方向。

在没有脉冲输入时，在绕组电源的激励下气隙磁场能使转子保持原有位置处于定位状态。

因此非常适合于单片机控制。

步进电机还具有快速启动、精确步进和定位等特点，因而在数控机床，绘图仪，打印机以及光学仪器中得到广泛的应用。

步进电动机已成为除直流电动机和交流电动机以外的第三类电动机。

传统电动机作为机电能量转换装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。

步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。

基于单片机的步进电动机调速系统的设计开题报告

基于单片机的步进电动机调速系统的设计开题报告标题：基于单片机的步进电动机调速系统的设计开题报告一、选题背景和意义步进电动机是一种常见的电动机类型，具有精度高、控制简单、适用范围广等优点。

在工业自动化控制系统中，步进电动机的调速系统被广泛应用。

本次设计旨在基于单片机技术，设计一种步进电动机调速系统，以实现对步进电动机的精准控制，提高生产效率和产品质量。

二、研究目标1. 设计一套基于单片机的步进电动机调速系统，实现对步进电动机的精准控制；2. 实现步进电动机的速度控制和位置控制功能，以满足不同应用场景的需求；3. 提高步进电动机的运动精度和稳定性，提高生产效率和产品质量。

三、研究内容和方法1. 系统硬件设计：选择适当的单片机型号，并搭建单片机控制电路，包括电源电路、驱动电路、信号输入输出接口等；2. 系统软件设计：使用C语言编程，编写单片机的控制程序，实现步进电动机的速度和位置控制；3. 系统测试与优化：对设计的步进电动机调速系统进行测试，并根据测试结果进行优化改进，提高系统的性能和可靠性。

四、预期成果和创新点1. 设计一套基于单片机的步进电动机调速系统，实现对步进电动机的精准控制；2. 实现步进电动机的速度控制和位置控制功能，满足不同应用场景的需求；3. 提高步进电动机的运动精度和稳定性，提高生产效率和产品质量。

五、进度安排1. 第一周：调研相关技术和文献，了解步进电动机的原理和控制方法；2. 第二周：选择适当的单片机型号，并搭建单片机控制电路；3. 第三周：编写单片机的控制程序，实现步进电动机的速度和位置控制；4. 第四周：对设计的步进电动机调速系统进行测试，并进行优化改进；5. 第五周：撰写设计报告和制作展示材料。

六、存在的问题和解决方案1. 硬件选型：选择适合步进电动机调速系统的单片机型号和驱动电路，可以参考相关文献和实验室的经验；2. 软件编程：由于步进电动机的控制涉及到速度和位置的精确控制，需要仔细编写控制程序，可参考相关的单片机控制实例；3. 系统测试：在测试过程中可能会出现电路连接错误、程序逻辑错误等问题，需要仔细检查和排除故障。

步进电机调速系统的建模与仿真

步进电机调速系统的建模与仿真步进电机调速系统的建模与仿真步进电机调速系统是一种常见的工业控制系统，它通常用于控制电机的转速和位置。

本文将按照步骤思考的方式，介绍步进电机调速系统的建模与仿真方法。

1. 确定系统需求和参数在开始建模之前，我们首先需要确定步进电机调速系统的需求和参数。

例如，我们需要知道电机的额定转速、最大转矩以及负载的惯性等。

这些参数将对系统的建模和仿真过程产生重要影响。

2. 绘制系统框图根据步进电机调速系统的工作原理，我们可以绘制出系统的框图。

框图是由各个组成部分和它们之间的关系组成的图形，有助于我们理清系统的功能和信号流动。

在步进电机调速系统中，通常包括电机、驱动器、编码器和控制器等组件。

3. 建立数学模型在建模过程中，我们需要将系统转化为数学模型。

对于步进电机调速系统，可以采用转子惯性、电机动力学方程和电机驱动器的特性等来建立数学模型。

根据这些模型，我们可以得到系统的状态方程和输出方程。

4. 设计控制策略设计控制策略是步进电机调速系统建模的重要一步。

根据系统的需求和数学模型，我们可以选择适合的控制策略。

常见的控制策略包括比例积分控制（PID）和模糊控制等。

选择合适的控制策略可以提高系统的稳定性和性能。

5. 进行仿真分析完成步进电机调速系统的建模和控制策略设计后，我们可以进行仿真分析。

使用仿真软件，我们可以将系统的数学模型输入，并模拟系统的运行情况。

通过仿真分析，我们可以评估系统的性能，例如转速响应、位置控制精度等。

6. 优化和调试在仿真分析过程中，我们可能会发现系统存在一些问题，例如过大的超调、不稳定等。

这时，我们需要进行优化和调试，尝试调整控制策略的参数，以改善系统的性能。

通过多次优化和调试，最终得到满足系统需求的步进电机调速系统。

总结通过以上步骤，我们可以建立步进电机调速系统的数学模型，并进行仿真分析。

这种建模与仿真的方法可以帮助我们更好地了解步进电机调速系统的工作原理和性能，为实际系统的设计和控制提供参考。

基于S7-1200PLC的步进电机控制系统

图1 步进电机控制系统总体设计方案图
3 硬件系统设计
步进电机控制系统主要包括供电电源、上
位机PC、下位机S7-1200PLC、两相混合式安川
42HD2404步进电机和雷赛DM320C步进电机驱动器
等组成。

如图2所示。

石有计，铁岭师范高等专科学校，教授，研究方向：电气自动化技术。

在编写PLC程序时，I/O接口会根据接线情况自动分配信号，对应的信号得以分配后。

信号控制会以输入输出口为主，将I/O接口作为主导。

输入变量如下：步进电机起动I0.0、步进电机停止I0.1、步进电机复位I0.2、步进电机向后点动I0.3、启动调速I0.4、启动预订速度I0.5、启动手动调速I0.6、手动加速I0.7、手动减速I1.0、转动距离1(3200)I1.1、转动距离2(32000)I1.3、转动距离3(64000)I1.3、转动距离4(96000)I1.4、步进电机向前点动I1.5。

输出变量如下：步进电机转动Q0.0、步进电机方向控制Q0.1、步进电机启动指示
4.2 PLC程序设计
本文采用S7-1200PLC作为主控器，结合硬件设计情况，对步进电机控制系统进行设计，并通过系6 结语
本文采用西门子S7-1200PLC，使用博途V15编程软件，进行步进电机控制系统设备组态及编程，有效实现步进电机控制要求。

实验结果表明,该系统动态特性好、精度高，达到了步进电机运行状态可视化和控制智能化的目的。

该系统具备控制过程的参考价值，对于高效率、小步距、低振动和低噪
图2 硬件接线设计图
表1 细分数和电流选择
图3 触摸屏运行界面。

基于PLC的步进电机调速和正反转控制系统

高的力矩转动惯量比，步进频率较高，频率响应快，不通电时可以时始终有一相通电，可以使工作稳定，不易失步。其步距角和单三
自由转动、结构简单、寿命长的特点。
拍相同，步距角系数ｃ＝１。
反应式步进电动机的工作原理从图１ａ中可以看出，在定子上有
运动主要完成切削任务，其动力约占整台机床动力的７０～８０％。
齿距角：转子上齿距在空间的角度。如转子上有Ｎ个齿，齿距
基本是步进电动机和伺服电机对主轴的正、反转和停止控制拖动，角０＝３６０ Ⅳ。
商业科技
基于ＰＬＣ的步进电机调速和正反转控制系统
＿赵俊生江苏财经职业技术学院
『摘要］本文阐述三相步进电动机结构与步进过程原理，以
及对步进电动机的调速和正反转研究，采用ＰＬＣ基本逻辑指令和常
用指令的方法对步进电动机的调速和正反转控制，经过对步进电机
动速度和轨迹，对被控制的对象进行自动操作的一种技术。从数控
拍数：电动机定子绕组每改变一次通电方式称为一拍。
机床最终要完成的任务看，主要有主轴运动。和普通车床一样。主
步距角：转子经过一拍转过的空间角度用符号ａ表示。
械角位移，并由传动丝杠带动工作台移动。由于该系统中为位置和所需的拍数为工作拍数。对Ａ、Ｂ、Ｃ三相轮流通电一次称为一个通

步进电机控制系统设计报告

课程设计报告单片机课程设计课程设计题目：步进电机无级调速系统设计姓名：学号：专业：班级：指导教师：10年4月29 日目录摘要随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，它广泛用于打印机、电动玩具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中，其在各个国民经济领域都有应用。

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。

步进电机是一种能将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件，步进电机控制系统主要由步进控制器,功率放大器及步进电机等组成。

采用单片机控制,用软件代替上述步进控制器,使得线路简单,成本低,可靠性大大增加。

软件编程可灵活产生不同类型步进电机励磁序列来控制各种步进电机的运行方式。

本设计是采用AT89C51单片机对步进电机的控制，通过IO口输出的时序方波作为步进电机的控制信号，信号经过芯片ULN2003驱动步进电机；同时，用 4个按键来对电机的状态进行控制，并用数码管动态显示电机的转速。

系统由硬件设计和软件设计两部分组成。

其中，硬件设计包括AT89C51单片机的最小系统、电源模块、键盘控制模块、步进电机驱动（集成达林顿ULN2003）模块、数码显示（SM420361K数码管）模块、测速模块（含霍尔片UGN3020）6个功能模块的设计，以及各模块在电路板上的有机结合而实现。

软件设计包括键盘控制、步进电机脉冲、数码管动态显示以及转速信号采集模块的控制程序，最终实现对步进电机转动方向及转动速度的控制，并将步进电机的转动速度动态显示在LED数码管上，对速度进行实时监控显示。

软件采用在Keil软件环境下编辑的C语言。

本系统具有智能性、实用性及可靠性的特点。

本控制系统的设计采用实验室中的试验箱单片机控制，通过人为按动各开关实现步进电机的开关，以及电机的加速及减速功能，另外还增加可设正反转的功能，具有灵活方便、适应范围广易懂的特点，能够满足实现自身实践动手能力提高的需求。

基于增量式PID的步进电机速度控制系统设计

·172·文章编号：2095－6835（2022）01－0172－04基于增量式PID 的步进电机速度控制系统设计＊许洋，周奎，杨亚会，杨倩，向婧燕（湖北汽车工业学院，湖北十堰442002）摘要：步进电机是将电脉冲信号转换成角位移的机电执行机构，其输入为脉冲序列，输出为相应的转角或直线增量。

针对步进电机的速度控制，推导了步进电机转速传递函数公式，提出了基于MCS51和增量式PID 算法的步进电机闭环控制系统。

通过MATLAB 仿真和相关实验对控制系统可行性和精度进行了测试验证。

实验结果表明设计的控制系统具有无极调速的特点以及响应速度快和平滑性好等优点。

关键词：步进电机；闭环控制系统；MCS51；增量式PID 中图分类号：TM383文献标志码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2022.01.053闭环控制系统设计是研究步进电机的关键技术之一，控制算法更是控制系统的重要组成部分。

基于步进电机的控制系统设计，邱靖超等[1]提出了基于FPGA 技术通过梯形加、减速算法实现了对步进电机的闭环控制；李娟等[2]使用单片机最小系统和驱动芯片实现了步进电机角度与转动方向的设计；谢海明[3]利用电脉冲信号控制相绕组电流，实现了步进电机的开环控制；王鹏宇等[4]提出了基于单片机和霍尔传感器来测量步进电机转速；朱嵘涛等[5]基于增量式PID 算法实现了对直流电机的调速控制；控制系统设计中，一般会增设相关测速传感器来捕捉步进电机实时运动状态，但额外成本将随之增加，同时可能引入影响精度的其他不确定因素；考虑到设计的难易程度，相关学者通常采用开环或者应用常规PID 算法，但电机运转精度将会受限；若应用模糊PID 等算法，则需要实时权值优化，会加大核心硬件设备的运算负荷。

李亚文等[6]设计了一种位置式PID 算法来控制四旋翼飞行器的飞行姿态，但此算法可能存在积分饱和现象，且运算量大及占用存储单元多，会影响采样精度，造成采样信号失损；同时大幅升速或突加负载也会造成电机丢步甚至堵转。

步进电机变速控制系统设计

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｐａｃｅｏｐｔｉｃａｌｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓｕｓｕａｌｌｙｎｅｅｄｔｏｄｉｖｒｅｓｔｅｐｐｅｒｍｏｔｏｒｔｏｒｅｌｉａｚｅｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｕｃｈａｓｉｆｅｌｄｓｃａｎｎｉｎｇｏｒ
第２１卷第２２期
Ｖｏ１．２１Ｎｏ．２２
电子设计工程
ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＤｅｓｉｇｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
２０１３年１１月
ＮＯＶ．２０１３
步进电机变速控制系统设计
桑鹏，吕建工，彭吉龙，付利平
（中国科学院空间科学与应用研究中心，北京１００１９０）摘要：空间光学探测仪器为实现视场扫描、波段转换等功能，往往需要步进电机进行驱动。空间用步进电机要求精度
ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ．Ｔｈｉｓｌｗａａｙｓｒｅｑｕｉｒｅｓｈｉｇｈｐｅｃｒｉｓｉｏｎ，ｌｏｗｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｈｉｇｈｅｌｒｉａｂｉｌｉｔｙ．Ｉｎｈｉｔｓｐａｐｅｒ，ｗｅｄｅｓｉｇｎａｔｗｏ－ｐｈａｓｅｓｔｅｐｐｅｒｍｏｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＦＰＧＡ，ｓｕｂｄｉｖｉｄｅｄｃｏｎｔｏｌｒｌｉｎｇｕｓｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔｖｅｃｔｏｒｅｖｅｎｏｔｒａｔｉｎｇｗｉｈｔｕｎｉｆｏｒｍａｍｐｌｉｔｕｄｅ；Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｎｓｕｒｅｈｅｔｖａｉｒｂｌａｅ－ｓｐｅｅｄｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｍｏｔｏｒａｎｄａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｃｈａｎｇｅ，ｔｈｅＳ－ｃｕｒｖｅａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎａｎｄｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｃｏｎｔｏｌｒａｌｇｏｉｔｒｈｍｗｅｅｒｇｉｖｅｎ，ｉｔＣｎａｉｍｐｏｖｒｅｔｈｅｓｍｏｏｔｈｐｅｒｆｏｍａｒｎｃｅｏｆｈｅｔｍｏｔｏｒｒｕｎｎｉｎｇ．Ｆｉｎｌｌａｙ，ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｈａｔｔｈｉｔｓｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍＣｎａｂｅｗｅｌｌｕｓｅｄｆｏｒｓｔｅｐｐｅｒｍｏｔｏｒｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆ

步进电机控制系统浅析

步进电机控制系统浅析步进电机是由磁力作用产生旋转的一类电动机，相较于直流电机及交流电机，步进电机具有精度高、静止力矩大、转速稳定等特点，在现代工业生产中得到了广泛的应用。

本文主要介绍了步进电机控制系统的组成和工作原理。

1.组成部分步进电机控制系统由以下几部分组成。

(1)中央处理器(CPU)：负责处理电机运转的控制算法，并控制外设驱动器以实现电机的正反转、速度、位置控制等。

(2)电机驱动器：它是电机与控制系统之间的媒介，将中央处理器输出的控制信号转化成足够大的电流和电压，驱动步进电机运转。

(3)位置检测器：用于反馈电机的位置信息，使控制系统能够掌握电机当前位置，并进行相应的运动控制。

2.工作原理步进电机的控制原理非常简单，即让电机依次从一个固定位置加减一定角度，轮流进行，从而实现旋转。

这个固定角度，即为步距角，其大小通常为1.8度或0.9度，不同的角度代表功率不同。

主要有两种控制方式。

(1)开环控制：是通过预先设计好的脉冲信号驱动电机旋转，不考虑电机的位置问题，没有位置反馈装置。

这种方式的优点是结构简单，控制逻辑容易实现，但具有一定的缺陷，如运动误差大、定位不准确等问题，适用于较为简单的控制任务。

(2)闭环控制：是依靠位置检测器进行反馈，将电机的实时位置信息反馈到控制系统中，从而进行控制。

这种方式的优点是精度高、定位准确，但是控制逻辑相对复杂、成本略高。

在精度要求较高、控制任务复杂的情况下，使用闭环控制是明智之选。

总之，步进电机控制系统是由中央处理器、电机驱动器、位置检测器等部分构成，控制原理简单，主要有开环控制和闭环控制两种方式。

不同的控制方式能够满足不同的控制要求，应该根据具体情况进行选择。

基于单片机控制的步进电机调速系统的设计

基于单片机控制的步进电机调速系统的设计步进电机是一种常用的电机类型，它通常用来实现精确定位和控制运动。

步进电机的控制需要一个精确的调速系统来确保稳定的运行和准确的位置控制。

本文将基于单片机控制的步进电机调速系统进行设计。

首先，我们需要选择合适的硬件以及编程平台。

本设计选择使用Arduino Uno作为单片机控制器，它具有易用性和强大的控制功能。

步进电机选择了NEMA 17型号，它具有较高的分辨率和扭矩输出。

接下来，进行电路设计与连接。

将步进电机的四个线圈连接到单片机的GPIO引脚上，并使用电流驱动模块控制电机的供电。

通过连接外部电源，电流驱动器将为步进电机提供稳定的电流，以确保电机能够正常工作。

在编程方面，首先需要编写初始化代码，配置单片机的GPIO引脚以及串口通信功能。

然后，可以使用Arduino提供的步进电机库来控制电机的旋转。

该库提供了简单的命令来控制步进电机的转动方向和转速。

为了设计调速系统，我们可以使用一个旋转编码器来实时监测电机的转速。

旋转编码器将会测量电机的转动次数，从而计算出电机的转速。

在单片机的程序中，我们可以设置一个目标转速，并根据旋转编码器的数据来调整电机的驱动频率。

为了实现平滑的调速过程，我们可以使用PID控制算法来调整电机的驱动频率。

PID控制算法是一种经典的反馈控制算法，它可以根据目标值和实际值之间的差异来调整控制信号。

通过不断地比较电机的实际速度与目标速度，PID控制算法可以动态地调整电机的驱动频率，以达到稳定的调速效果。

最后，我们可以设计一个用户界面来设置目标速度和监控电机的运行状态。

通过串口通信功能，单片机可以与上位机进行数据交互，用户可以通过上位机发送指令来设置目标速度，并且可以实时监测电机的转速和运行状态。

总结起来，基于单片机控制的步进电机调速系统设计需要进行硬件选择与连接、软件编程以及用户界面设计。

通过合理地选择硬件和软件方案，以及使用PID控制算法，我们可以实现一个稳定且准确的步进电机调速系统。

步进电机控制系统原理

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现代网络技术
2、步进电机控制系统原理
图2、步进电机控制系统的组成
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现代网络技术
2、步进电机控制系统原理
1）步进控制器 ① 包括：缓冲寄存器、环形分配器、控制逻辑及
正、反转向控制门等。 ② 作用: 把输入脉冲转换成环型脉冲，以控制步进电机的转向。
2）功率放大器把环型脉冲放大，以驱动步进电机转动。
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2、步进电机控制系统原理
★同理，可以得出双三拍和三相六拍的控制模型：双三拍 03H，06H，05H
★ 三相六拍 01H，03H，02H，06H，04H，05H 以上为步进电机正转时的控制顺序及数学模型，如按逆序进行控制，步进电机将向相反方向转动。
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3、步进电机与微型机的接口及程序设计
（2）根据所选定的步进电机及控制方式，写出相应控制方式的数学模型。
上面讲的三种控制方式的数学模型分别为：
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2、步进电机控制系统原理
★ 三相单三拍
控制位
工控
步 PC. PC. PC. PC. PC. PC. PC. PC. 作制序 7 6 5 4 3 2 1 0 状模
C相 B相 A相态型
图7 CH250三相双三拍接法
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图8 CH250三相六拍接法现代网络技术
CH250环形脉冲分配器的功能关系如表1所列
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现代网络技术
讨论：
• 单片机输出步进脉冲后，再由脉冲分配电路按事先确定的顺序控制各相的通断。
• 一般来说，硬件一旦确定下来，不易更改，这种方案，硬设备成本高，它的应用受到了限制。

步进电机调速控制系统设计C语言程序及说明

步进电机调速控制系统设计C语言程序及说明使用元器件：单片机8051、步进电机17H185H-04A、128细分/3.0A步进电机驱动器、LED显示器。

实现控制功能:以8051单片机为控制器,系统设四个按键：“工作/停止按键"、“加速按键”、“减速按键”、“正反向控制按键”。

系统上电后,按下“正反向控制按键"，控制电机正反转；每按一次“加速按键”后,步进电机由低向高加速一级，每按一次“减速按键”后，由高向低减速一级;按“工作/停止按键"后，电机停止转动,系统回到等待状态。

同时需要显示运行状态和转速(以实际转速或等级表示）.程序清单及说明＃include<reg52。

h>sbit EN=P2^0; //使能输出sbit DIR=P2^1; //方向控制sbit PWM=P2^2；//PWM输出sbit zled=P2^6；//正转信号灯sbit fled=P2^7；//反转信号灯sbit sw1=P0^0；//启停按钮sbit sw2=P0^1；//正反转按钮sbit sw3=P0^2；//加速按钮sbit sw4=P0^3；//减速按钮unsigned char table［]=｛0xC0，0xF9,0xA4，0xB0,0x99，0x92,0x82，0xF8,0x80，0x90}；unsigned char i,j，k，temp=0，zkb=5,zkb1=0,speed=0；void delay(）//延时10ms{for（i=20;i>0;i--）for（j=248；j〉0；j--）；｝void InitTimer0（void) //T0定时器初始化{TMOD = 0x00; //设置定时器方式0TH0 = 0xef；//高8位送初值TL0 = 0xdd; //低8位送初值EA = 1; //开中断总允许ET0 = 1；//开T0中断允许TR0 = 1; //启动T0开始定时｝void main（) //主程序｛InitTimer0（）;EN=1; //初始使能端输出0DIR=1；//方向端输出1zled=0；//正传信号灯端口输出0，灯亮fled=1；//反转信号灯输出1，灯不亮while（1){P1=table［speed]；//启停if（sw1==0）//判断启停键按下｛delay（); //调用延时程序if（sw1==0）//再判断,启停键按下｛while(sw1==0）；//启停键按下,使能端取反EN=～EN；}}//正反转子程序if（sw2==0) //判断换向键是否按下{delay()；if（sw2==0）｛while(sw2==0）;DIR=～DIR; //换向键按下，方向端口取反fled=~fled; //正传指示灯控制端取反zled=~zled；//反转传指示灯控制端取反}｝//加速子程序if（sw3==0) //判断加速键是否按下｛delay(）；if(sw3==0)｛while(sw3==0）; //加速键按下if(speed>=5）//判断转速是否大于5 speed=5; //大于5，保持5级转速elsespeed++；//小于5，加速一级}}//减速子程序if(sw4==0) //判断减速键是否按下{delay(）；if（sw4==0）{while（sw4==0)；//减速键按下if（speed==1) //转速为1，保持1级转速speed=1;elsespeed—-; //转速不为1，减速1级｝}｝｝void Timer0Interrupt（void) interrupt 1switch(speed）//加减速按键按下,对应选择T0初值,进入终端产生不同频率脉冲｛case 1：TH0=0XDD;break;case 2:TH0=0XE1;break;case 3：TH0=0XE5；break;case 4:TH0=0XEa;break；case 5：TH0=0xf0；break；}TL0 = 0xdd;if（zkb1〉=10）zkb1=0；zkb1++；if（zkb1〈=5)PWM=1；elsePWM=0;｝。

PID步进电机的调速

一、PID控制系统PID是比例,积分,微分的缩写。

比例调节作用：是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。

比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。

积分调节作用：是使系统消除稳态误差,提高无差度。

因为有误差,积分调节就进行,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一常值。

积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti ,Ti越小,积分作用就越强。

反之Ti大则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。

积分作用常与另两种调节规律结合,组成PI调节器或PID调节器。

微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。

因此,可以改善系统的动态性能。

在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。

微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。

此外,微分反应的是变化率,而当输入没有变化时,微分作用输出为零。

微分作用不能单独使用,需要与另外两种调节规律相结合,组成PD或PID控制器。

图1-1 PID控制系统二、二阶系统数学模型二阶系统方框图如下图所示二阶系统闭环传递函数的标准形式2222)()()(n n n s s s R s C s ωζωω++==Φ （2-1）得出自然频率（或无阻尼振荡频率）Mn T K=ω （2-2）阻尼比KT M 21=ζ （2-3）令式（2-1）的分母多项式为零，得二阶系统的特征方程0222=++n n s ωζω （2-4）其两个根（闭环极点）为1221-±-=ζωζωn n 、s （2-5）显然，二阶系统的时间响应取决于ζ和n ω这两个参数。

应当指出对于结构和功用不同的二阶系统，ζ和n ω的物理含意是不同的。

图2-2 标准形式二阶系统结构图三、PID 调速系统数学模型PID 控制系统是一种线性控制系统。

步进电机调速系统

步进电机调速系统一．设计目的1．掌握步进电机的工作原理及控制方法2．了解控制步进电机转速的原理3．进一步掌握微机接口中的相关知识4．熟悉设计系统的方法二．设计要求1．以8086极其支持电路为基础，配必要的存储器、定时系统、控制接口、驱动电路、LED显示接口等构成微机控制的电机调速系统。

2．对步进电机的工作原理进行分析，通过“启、停、转速”等按键命令，实现对电机的平稳启动、停止和不同速率上的匀速转动，并通过LED显示转速；3．方案设计中要突出信号的变换、驱动电路的设计和步进电机控制程序的编制；三．设计思路（1）步进电机基本原理所谓步进，就是指每给步进电机一个递进脉冲，步进电机各绕组的通电顺序就改变一次，电机就回转动一次。

使用键盘控制方式能对步进电机的转动方向、速度和角度进行调节。

（2）步进电机激励方式步进电机有三相激励，也有四相激励的。

现以两相四拍为例说明。

2相激励。

这种方式的工作波形如图所示。

它可看作是一种周期信号，每个周期可以为四个状态。

显然，任何时刻步进电机都有两相绕组有电流。

每一状态，步进电机走一步。

四．设计内容1．程序流程图2. 源程序P8255_A EQU 9800HP8255_B EQU 9801HP8255_C EQU 9802HP8255_MODE EQU 9803HDELAY_SET EQU 07FH ;延时常数MY_STACK SEGMENT PARA 'STACK'DB 100 DUP(?)MY_STACK ENDSMY_DATA SEGMENT PARA 'DATA'BUF DB ？KVL DB 2 DUP(?) ;击键次数备份，键值PT DB ? ;显示缓冲区指针DSBUF DB 4 DUP(?) ;显示缓冲区KD DB ? ;数码管数据信号KH DB ? ;键盘行信号KL DB ? ;键盘列信号、数码管位选信号KV A DB ? ;键值备份KVB DB ? ;在闪烁子程序中保存显示器原有的数据COUNT2 DB ? ;击键次数COUNT4 DB ? ;连续击键次数KTB DB 48H ;0 键码DB 44H ;1DB 34H ;2DB 24H ;3DB 42H ;4DB 32H ;5DB 22H ;6DB 41H ;7DB 31H ;8DB 21H ;9DB 11H ;ADB 12H ;BDB 14H ;CDB 18H ;DDB 28H ;EDB 38H ;FDB 00H ;10SGTB DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82HDB 0F8H,80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1HDB 86H,8EH,0FFH,8CH,89H,8EH,0BFH,0F7H; CHAR DB 'MY_DATA ENDsMY_CODE SEGMENT PARA 'CODE'MY_PROC PROC FARASSUME CS:MY_CODE, DS:MY_DATA, SS:MY_STACK START: MOV AX,MY_DATAMOV DS,AXSSS: MOV DX,P8255_MODEMOV AL,81H ;写8255控制字A、B输出，C输入OUT DX,ALSTART1: MOV BX,OFFSET DSBUFMOV PT,BLMOV DSBUF,15H ;_MOV DSBUF+1,10H ;空格MOV DSBUF+2,10HMOV DSBUF+3,10H;START2: CALL BLINK3 ;键盘扫描、显示子程序、光标闪动START3: CALL CHAG ;转数字键处理程序; CALL DELAYJMP START2 ;转下一轮处理程序MY_PROC ENDpCHAG PROC NEARMOV BH,00HMOV BL,PTMOV AL,COUNT4MOV [BX],AL ;键值送到显示缓冲区中CMP BL,OFFSET [DSBUF+3]JNZ CHAG2mov BL,OFFSET DSBUFMOV PT,BLCHAG1: RETCHAG ENDpCHAG2: INC BLMOV PT,BLJMP CHAG1BLINK PROC NEARMOV CX,100H ;熄灭显示器时间常数MOV BH,00HMOV BL,PTMOV Al,[BX]MOV KVB,AL;保存原显示器数据MOV AL,10H ;填入熄灭显示器的码MOV [BX],ALBLINK1: CALL DSKS ;键盘扫描BLINK2: CMP COUNT4,10HJNZ BLINK6 ;键按下返回LOOP BLINK1 ;没键按下继续循环MOV AL,KVBMOV BL,PTMOV [BX],ALBLINK3: MOV CX,150H ;点亮显示器时间常数BLINK4: CALL DSKSBLINK5: CMP COUNT4,10HJNZ BLINK7 ;键按下返回LOOP BLINK4 ;没键按下继续循环JMP BLINKBLINK6: MOV AL,KVB ;恢复原显示器中的数据MOV BL,PTMOV [BX],ALBLINK7: RETBLINK ENDpDSKS PROC NEAR ;键盘扫描处理程序PUSH CXCALL DSUP ;显示CALL KBS ;键盘扫描MOV AL,KVL+1 ;取上次按键键值CMP KV A,AL ;与本次键值相比MOV AL,KVL ;按键次数MOV COUNT2,ALMOV AL,KVLMOV COUNT4,ALJZ DSKS1MOV COUNT2,0FFH ;不相等,重新赋值MOV COUNT4,0FFHDSKS1: DEC COUNT4CMP COUNT4,0F8H ;为E0?JZ DSKS3CMP COUNT4,0EH ;为0E?JZ DSKS3CMP COUNT4,00H ;为00?JZ DSKS2MOV COUNT4,10H ;赋值DEC COUNT2JMP DSKS4DSKS2: MOV COUNT4,0fH ;按下键时间足够长则为连续击键DSKS3: MOV AL,COUNT4MOV COUNT2,ALMOV AL,KV AMOV COUNT4,ALDSKS4: MOV AL,COUNT2MOV KVL,ALMOV AL,KV AMOV KVL+1,AL ;备份键值MOV AL,COUNT4POP CXRETDSKS ENDpDSUP PROC NEARPUSH CXMOV CX,04H ;显示器个数MOV KL,01H ;选中的显示器MOV BX,OFFSET DSBUFDSUP2: MOV AL,00HMOV DX,P8255_B ;关闭显示器OUT DX,ALMOV AL,[BX] ;取显示缓冲区中的数据PUSH BXMOV AH,00HMOV DI,AXMOV BX,OFFSET SGTB ;编码MOV AX,[BX+DI]MOV AH,00HPOP BXMOV DX,P8255_A ;送显示器显示OUT DX,ALINC BXMOV AL,KLMOV DX,P8255_B ;送位选信号OUT DX,ALROL AL,1MOV KL,ALCALL DELAY ;下一位PUSH CXMOV CX，-1LOOP $POP CXLOOP DSUP2POP CXMOV AL,00HMOV DX,P8255_B ;关闭显示器OUT DX,ALRETDSUP ENDpKBS PROC NEAR ;键盘扫描程序MOV DX,P8255_A ;清显示器MOV AL,0FFHOUT DX,ALMOV CX,04H ;送列数MOV KL,0FEH ;扫描列初始值KBS1: MOV AL,KLMOV DX,P8255_B ;逐列清零OUT DX,ALSAL AL,1MOV KL,ALMOV DX,P8255_C ;读行信号IN AL,DXNOT ALAND AL,0FHCMP AL,00H ;是否有键按下JNZ KBS2LOOP KBS1 ;没键扫描下一列KBS2: CMP AL，0C0HJMP K0CMP AL, 0F9HJMP K1CMP AL, 0A4HJMP K2CMP AL ,0B0HJMP DSUP2K0：MOV BL，18HCALL DELAYMOV AL，BUFROR AL，1MOV BUF，ALJMP DSUP2K1：MOV BL，20HCALL DELAYMOV AL，BUFROL AL，1MOV BUF，ALJMP DSUP2K2：MOV BL，30HCALL DELAYMOV AL，BUFROR AL，1MOV BUF，ALJMP DSUP2MOV BX,CXMOV CX,04H ;拼装键号SAL BX,CLMOV CX,BXOR AL,CLMOV KV A,ALMOV DI,10H ;键盘个数MOV BX,OFFSET KTBKBS3: MOV AL,[BX+DI]CMP AL, KV A ;计算键值，无键按下返回00HJNZ KBS5KBS4: MOV AX,DIMOV KV A,AL ;保存键值CALL BREAKRETKBS5: DEC DIMOV AX,DICMP AL,00HJNZ KBS3JMP KBS4KBS ENDpDELAY PROC NEAR ;延时程序PUSHFPUSH DXPUSH CXMOV DX,DELAY_SETD1: MOV CX,-1D2: DEC BLDEC CXJNZ D2DEC DXJNZ D1POP CXPOP DXPOPFRETDELAY ENDpBREAK PROC NEAR ;按任意键退出PUSHFPUSH AXPUSH DXMOV AH,06HMOV DL,0FFHINT 21HJE RETURNMOV AX,4C00HINT 21HRETURN: POP DXPOP AXPOPFRETBREAK ENDPMY_CODE ENDSEND START五．运行结果当按下键盘上的0键时，电机开始转动，当按下键盘上的1键时，电机开始正向转动，当按下键盘上的2键时，电机开始反向转动，当按下键盘上的3键时，电机停止转动。

7.2 步进电机及其驱动控制系统

C N C 主要内容7.2 步进电机及其驱动控制系统主要内容：•步进电机的原理；•主要性能参数；•步进驱动的特点；•驱动控制：环形分配器，功放电路。

要求：在掌握原理基础上，注重围绕应用了解各型电机的特点、性能参数、功放电路。

主要内容定义：步进电机是一种脉冲控制的执行元件，将电脉冲转化为角位移。

每给步进电机输入一个脉冲，其转轴就转过一个角度，称为步距角。

✓脉冲数量----位移量；✓脉冲频率----电机转速；✓脉冲相序----方向。

组成：由步进电机驱动电源和步进电机组成，没有反馈环节，属于开环位置控制系统。

7.2.1 步进电机概述主要内容优点：结构简单，价格便宜，工作可靠；缺点：–容易失步（尤其在高速、大负载时），影响定位精度；–在低速时容易产生振动；–细分技术的应用，明显提高了定位精度，降低了低速振动。

应用：要求一般的开环伺服驱动系统，如经济型数控机床、和电加工机床、计算机的打印机、绘图仪等设备。

步进电动机的分类按运动方式分：旋转式、直线运动式、平面运动式和滚切运动式。

按工作原理分：反应式(磁阻式)、电磁式、永磁式、混合式。

按结构分：单段式(径向式)、多段式(轴向式)，印刷绕组式。

按相数分：三相、四相、五相、六相和八相等。

按使用频率分：高频步进电动机和低频步进电动机。

(1) 反应式步进电动机极与极之间的夹角为60°，每个定子磁极上均匀分布了五个齿，齿槽距相等，齿距角为9°。

转子铁心上无绕组，只有均匀分布的40个齿，齿槽距相等，齿距角为360°/40＝9°。

单段式的结构：三相反应式步进电动机。

定子铁心上有六个均匀分布的磁极，沿直径相对两个极上的线圈串联，构成一相励磁绕组。

特点：转子无绕组，定转子开小齿、步距小；应用最广。

7.2 步进电机及其驱动控制系统C N C(2) 永磁式步进电动机工作原理：转子或定子一方具有永久磁钢，另一方有软磁材料制成，由绕组轮流通电产生的磁场与永久磁钢相互作用，产生转矩是转子转动。

步进电机控制系统设计

步进电机控制系统设计目录1绪论 (3)1.1 步进电机概述 (3)1.2 步进电机的特征 (3)1.3 步进电机驱动系统概述 (4)1.4 课题研究的主要内容 (4)2步进电机驱动系统的方案论证 (5)2.1 步进电机驱动系统简介 (5)2.2 步进电机驱动器的特点 (5)2.3 混合式步进电机的驱动电路分类和性能比较 (6)2.3.1 双极性驱动器与单极性驱动器 (6)2.3.2 单电压驱动方式 (8)2.3.3 高低压驱动方式 (9)2.3.4 斩波恒流驱动 (10)2.4 方案的确定 (10)3混合式步进电动机驱动控制系统硬件设计 (11)3.1单片机最小系统 (11)3.2 红外遥控电路 (12)3.2.1 红外发射电路 (12)3.2.2 红外接收电路 (13)3.3 LCD显示电路 (14)3.4 双机通讯 (15)3.5 步进电机驱动部分 (16)3.5.1 单极性步进电机驱动 (16)3.5.2 双极性步进电机驱动 (18)3.6 电源电路 (18)4 软件设计 (19)4.1 主机LCD显示菜单程序 (19)4.2 双机通讯程序 (20)4.3 下位机步进电机驱动程序 (22)5 驱动器试验结果 (24)5.1 概述 (24)5.2 试验内容和结论 (24)总结 (26)参考文献 (27)1绪论1.1 步进电机概述步进电机是将电脉冲信号转换为角位移或线性运动的执行器。

它由步进电机及其动力驱动装置组成，形成开环定位运动系统。

当步进驱动器接收到脉冲信号时，它驱动步进电机以设定方向以固定角度（步进角度）旋转。

脉冲输入越多，电机旋转的角度越大;输入脉冲的频率越高，电机的速度越快。

因此，可以通过控制脉冲数来控制角位移，从而达到精确定位的目的;同时，通过控制脉冲频率可以控制电机转速，从而达到调速的目的。

根据自身结构，步进电机可分为三类：反应型（VR），永磁型（PM）和混合型（HB）。

混合式步进电机具有无功和永磁两种优点，应用越来越广泛。