步进电机速度控制的研究与实现
PLC控制步进电机正实现正反转速度控制定位
PLC控制步进电机正实现正反转速度控制定位 1.步进电机正反转如何实现2.如何控制步进电机速度（即，如何计算脉冲频率）：实际步进电机控制很简单，应用都是傻瓜了，厂家做好步进电机的驱动器，步进电机如何工作由驱动器来控制，我们不需要对步进电机做深入的了解，只要知道步进电机驱动器的应用方法即可。
当然简单的步进电机工作特性，还是必须知道的，下面我会介绍！细分的作用：两相步进电机，基本步距角1.8度，即：200个脉冲电机转一圈，称之为整步。
可以在步进电机的驱动器上设定细分数，其作用是：设置为2细分（也称为半步）时，则步距角为0.9度，400个脉冲转一圈。
设置为4细分时，则步距角为0.45度，800个脉冲转一圈。
设置为8细分时，则步距角为0.225度，1600个脉冲转一圈。
细分数越高，上位机发一个脉冲走的长度越小，精度越高！这个很好理解，一个脉冲走10毫米，10%误差时，一个脉冲误差1毫米，一个脉冲走1毫米，同样是10%误差时，一个脉冲误差0.1毫米。
当然，我们不可能把细分数设的很大，达到每个脉冲行走的长度特别小的目的。
您记住两相步进电机200个脉冲转一圈就行了！细分越大，步进电机转一圈的脉冲数越大！如果想让步进机以每分钟600转的速度，行走400毫米，我们如何计算上位机需要发出的脉冲数及脉冲频率？如何控制步进电机速度（即，如何计算脉冲频率）：假定设置为四细分数，电机转一圈所需要的脉冲数即为800个，要实现步进电机600转/分的转速，上位机应该发送的脉冲频率计算方法：频率的概念是一秒钟的时间发送的脉冲个数所以，先计算步进电机每秒钟的转数600/60=10转/秒再计算10转/秒需要的脉冲数10 X 800 = 8000个即脉冲频率为 8000 ，也就是8K结论，为了实现步进电机600转/分的转速，上位机应该保持8K的脉冲输出频率现在您明白了吧？为了计算脉冲频率必须知道的两个前提条件是：1、知道步进电机转一圈需要的脉冲数；2、知道步进电机的转速，转速单位是：转/如何计算步进电机所需要的脉冲数:假定设置为四细分数，电机转一圈所需要的脉冲数即为800个，要实现步进电机行走400毫米的距离，上位机应该发送的脉冲个数计算方法：如果步进电机输出轴与丝杠（螺距：10mm ）直连，或是通过皮带轮传动，轮周长10mm. 即，步进电机转一圈，机械的行走长度为10mm。
基于STC单片机的SPWM步进电机细分控制研究与实现
步 驱动 控制 时 有 以下 缺 点 ：步 距 角较 大 ，转 速 不
够 平 稳 ，低 速 时 容 易 产 生 振 动 ，机 械 噪 声 较 大 ，
波控 制 信 号 ，绕 组 中 电流 的 闭环 控 制 ，从 而 实 现
１ Ｓ ＷＭ步进 电机细分驱 动原理 Ｐ
１１ 基于 Ｄ／Ａ 换 的细分 驱动 ． 转 目前细 分 驱 动都 是 采用 Ｄ ／Ａ 转 换 的方 式 进
行 细 分 。所 谓 细 分 驱 动就 是把 一 个 机 械 步 距 角 细 分 成 若 干 个 电 的步 距 角 ，当转 子 从 一 个 位 置 转 到
制 领域 用步 进 电机 来 控 制 变得 非 常 简单 ，由 此步 进 电机 已被 广泛 地应 用 ，应用范 围正 不断 扩大 。 但 是 由于 其 结 构 及 运 行 上 的 特 点 使 它存 在 整
驱 动 步 进 电机 ， 电机 每 运 行 一 步 ，其 绕 组 内的 电 流 将 从 ０突 变 为 ３ 或 从 ３ 突变 到 ０ Ａ Ａ ，ｏ ｇ
（ 湖南广播 电视大学 ，长沙 ４ ０ ０ ） １ ０ ４
摘
要 ： 步进电动机控制方 法多种多样 ，其驱 动方式与运行性 能关系极大。本文突破 目前通用的Ｄ Ａ ／ 转换细分 电路方 式，创新性提出了一种基于Ｓ ＷＭ的细分控制方法 ，该细分采用Ｓ Ｏ８０５ 单 Ｐ Ｔ ９ １ 片机 实现了对步进 电机 的控制。这种细分控 制采 用Ｓ ＷＭ脉 冲实现 ，使硬 件结构简单 ，调整 Ｐ 方便 ，控制精度高 ，运行平稳 ，可靠性和抗干扰能力强 ，应用效果良好。
步进电机升降速控制技术的研究
步进电机升降速控制技术的研究摘要:介绍了步进电机的矩频特性,角加速度的变化规律以及各种升降速速度控制方案。
通过离散方法,实现了对步进电机升降速的过程进行了控制,并利用C语言实现了单片机对步进电机升降速的离散控制。
关键词:步进电机单片机离散控制步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移(或线位移)的电磁机械装置[1]。
在实际应用过程中,步进电机的速度并不是一次升到位后以恒定速度运行。
它对运行的速度是有要求的,步进电机升(降)速时,应使频率的变化量逐次递增(或递减),若步进电机脉冲频率变化不合理,就会使电机失步或过冲,无法做到准确定位。
从步进电机的矩频特性可以知道启动频率越高,启动转矩越小,限制了步进电机的最高工作频率,并在起动频率越快时,又可能发生失步。
因此,在步进电机中应采取升降速控制技术。
1 步进电机的点一位控制步进电动机的位置控制需要两个参数。
第一个参数是步进电动机控制的执行机构当前的位置参数,我们称为绝对位置。
绝对位置是有极限的,其极限是执行机构运动的范围,超越了这个极限就应报警。
第二个参数是从当前位置移动到目标位置的距离,我们可以用折算的方式将这个距离折算成步进电动机的步数。
对步进电动机位置控制的一般作法是:步进电动机每走一步,步数减1,如果没有失步存在,当执行机构达到目标位置时,步数正好减到0。
因此,用步数等于0来判断是否移动到目标位,作为步进电动机停止运行的信号。
绝对位置参数可作为人机对话的显示参数,或作为其他控制目的的重要参数,因此也必须要给出。
2 步进电机加减速速度曲线方案选择步进电机的理想加减速曲线为非线性曲线。
目前国内外使用较多的加减速控制方法主要有三种:直线型加减速速度曲线、指数型加减速速度曲线、S型加减速速度曲线三种。
直线型加减速速度曲线,这种升降速控制方法的主要优点是数学表达简单,计算简单,节省资源,其主要缺点是在加速过程开始和结束时速度是突跳变的,加速度的突跳变意味着驱动力的突变,由此带来的冲击较大,步进电机驱动系统中可能造成失步现象;指数型加减速曲线,比较符合电机的转矩特性,数学表达相对简单,可以实时计算,加减速终了时加速度突变小,冲击较小。
stm32控制步进电机速度算法_解释说明
stm32控制步进电机速度算法解释说明1. 引言1.1 概述在现代工业领域中，步进电机广泛应用于各种自动控制系统中，其具有精确定位、易于控制等优点。
对步进电机进行速度控制是其中的一项重要任务，因为精确控制速度可以使步进电机在工作过程中稳定可靠。
为了实现步进电机的速度控制，本文将介绍一种基于STM32的步进电机速度算法。
通过该算法，可以实时监测步进电机的当前速度，并根据需要进行调整。
这样可以保证步进电机在不同工作负载下都能保持稳定的运行效果。
本文将首先对步进电机原理进行简要介绍，包括其结构和工作原理。
接着，将详细讲解步进电机速度控制的原理和方法。
最后，我们将详细阐述如何使用STM32微控制器来实现这一算法，并给出相应的硬件连接与配置说明。
1.2 文章结构本文主要分为五个部分：引言、步进电机速度控制算法、算法设计与实现、实验结果与分析以及结论与展望。
引言部分主要对整篇文章进行了概述，并明确了文章的目的和结构。
步进电机速度控制算法部分将详细介绍步进电机的原理和速度控制方法。
算法设计与实现部分将讲解如何设计步进电机驱动模块，并进行硬件连接与配置。
同时还将重点介绍软件算法的设计和调试过程。
实验结果与分析部分将说明实验环境和参数设置，以及对实验测量数据进行详细分析。
最后，结论与展望部分总结了整个研究工作的成果，并提出了改进方向和未来的发展建议。
1.3 目的本文旨在介绍一种有效且可靠的STM32控制步进电机速度算法。
通过该算法，可以准确地控制步进电机的转速并保证其在不同负载下运行稳定。
同时，本文还希望能够为步进电机速度控制领域的研究提供参考，并为相关工程应用提供技术支持。
2. 步进电机速度控制算法：2.1 步进电机原理简介：步进电机是一种特殊的直流电动机，它通过逐步驱动来控制旋转角度。
步进电机由固定数量的磁极组成，每一次收到脉冲信号时，它会前进一个固定的角度（步数）。
步进电机通常用于需要精确位置和速度控制的应用。
如何控制步进电机速度(即如何计算脉冲频率)
如何控制步进电机速度（即如何计算脉冲频率）步进电机是一种常用的控制器件，它通过接收脉冲信号来进行精确的位置控制。
控制步进电机的速度就是控制脉冲的频率，也就是发送给电机的脉冲数目和时间的关系。
下面将介绍几种常见的方法来控制步进电机的速度。
1.简单定频控制方法：这种方法通过固定每秒脉冲数（也称为频率）来控制步进电机的速度。
通常，在开发步进电机控制系统时，我们会选择一个合适的频率，然后通过改变脉冲的间隔时间来调整步进电机的速度。
脉冲频率可以通过以下公式计算：频率=目标速度（转/秒）×每转需要的脉冲数。
2.脉冲宽度调制（PWM）控制方法：使用PWM调制技术可以在不改变脉冲频率的情况下改变脉冲的时间宽度，从而控制步进电机的速度。
通过改变每个脉冲的高电平时间和低电平时间的比例，可以实现步进电机的速度控制。
较长的高电平时间会导致步进电机转动较快，而较短的高电平时间会导致步进电机转动较慢。
3.脉冲加速与减速控制方法：步进电机的加速和减速是通过改变脉冲信号的频率和间隔时间来实现的。
在加速时，脉冲的频率逐渐增加，间隔时间逐渐减小，从而使步进电机从静止状态加速到目标速度。
在减速时，脉冲的频率逐渐减小，间隔时间逐渐增加，从而使步进电机从目标速度减速到静止状态。
在实际应用中，可以通过编程控制脉冲信号的频率来控制步进电机的速度。
根据不同的需求，可以选择适合的控制方法来实现步进电机的精准控制。
除了控制脉冲频率，步进电机的速度还受到其他因素的影响，如驱动器的最大输出速度、电机的最大速度等。
因此，在进行步进电机速度控制时，还需要考虑这些因素，并做好相应的调整以确保步进电机的正常运行。
控制步进电机实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解步进电机的工作原理及控制方法。
2. 掌握单片机与步进电机驱动模块的接口连接方法。
3. 学习使用C语言编写程序，实现对步进电机的正反转、转速和定位控制。
4. 通过实验，加深对单片机控制系统的理解。
二、实验原理步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移或线位移的电机，其特点是控制精度高、响应速度快、定位准确。
步进电机控制实验主要涉及以下几个方面：1. 步进电机驱动模块：常用的驱动模块有ULN2003、A4988等，它们可以将单片机的数字信号转换为步进电机的控制信号。
2. 单片机：单片机是整个控制系统的核心，负责接收按键输入、处理数据、控制步进电机驱动模块等。
3. 步进电机：步进电机分为单相、双相和三相等类型，本实验使用的是双相四线步进电机。
三、实验设备1. 单片机开发板：例如STC89C52、STM32等。
2. 步进电机驱动模块：例如ULN2003、A4988等。
3. 双相四线步进电机。
4. 按键。
5. 数码管。
6. 电阻、电容等元件。
7. 电源。
四、实验步骤1. 硬件连接（1）将步进电机驱动模块的输入端（IN1、IN2、IN3、IN4）分别连接到单片机的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口。
（2）将按键的输入端连接到单片机的P3.0口。
（3）将数码管的段选端连接到单片机的P2口。
（4）将步进电机驱动模块的电源端连接到电源。
（5）将步进电机连接到驱动模块的输出端。
2. 编写程序（1）初始化单片机I/O端口，设置P1口为输出端口，P3.0口为输入端口，P2口为输出端口。
（2）编写按键扫描函数，用于读取按键状态。
（3）编写步进电机控制函数，实现正反转、转速和定位控制。
（4）编写主函数，实现以下功能：a. 初始化数码管显示；b. 读取按键状态；c. 根据按键状态调用步进电机控制函数；d. 更新数码管显示。
3. 调试程序（1）将程序烧写到单片机中；（2）打开电源，观察数码管显示和步进电机运行状态；（3）根据需要调整程序，实现不同的控制效果。
《2024年步进电机驱动控制技术及其应用设计研究》范文
《步进电机驱动控制技术及其应用设计研究》篇一一、引言步进电机是一种通过输入脉冲序列来驱动转动的电机，其运动方式为离散化的步进动作。
步进电机广泛应用于精密定位、速度控制以及数字化系统等场景。
本文将针对步进电机驱动控制技术及其应用设计进行研究，深入探讨其原理、特点以及在各个领域的应用。
二、步进电机驱动控制技术原理步进电机主要由定子、转子和驱动器三部分组成。
定子上有多个磁极，转子则由多个磁性材料制成的齿组成。
驱动器根据输入的脉冲序列，控制定子上的电流变化，从而产生旋转磁场，使转子按照一定的方向和角度进行转动。
步进电机驱动控制技术主要包括以下几种：1. 恒流驱动技术：通过恒流源对步进电机进行驱动，保证电机在不同负载和转速下均能保持稳定的运行状态。
2. 微步技术：通过精细控制驱动器的脉冲序列，使步进电机在每个方向上实现微小角度的转动，从而提高电机的定位精度和运行平稳性。
3. 环形分布电流技术：通过对定子上的磁极进行环形分布电流的控制，实现对步进电机的持续运动控制，使得步进电机的转动更为流畅和准确。
三、步进电机驱动控制技术的应用设计步进电机驱动控制技术在各个领域有着广泛的应用，主要包括以下几个方面：1. 精密定位系统：步进电机的高精度定位能力使得其在精密定位系统中得到广泛应用，如数控机床、精密测量仪器等。
通过微步技术和环形分布电流技术的应用，可以实现高精度的定位和运动控制。
2. 速度控制系统：步进电机在速度控制系统中也有着重要的应用，如打印机、电动阀等。
通过调整脉冲序列的频率和占空比，可以实现对电机转速的精确控制。
3. 数字化系统：步进电机在数字化系统中也有着广泛的应用，如数字标牌、机器人等。
通过将步进电机的运动与数字信号进行映射，可以实现数字化的运动控制和显示功能。
四、应用设计实例分析以数控机床为例，分析步进电机驱动控制技术的应用设计。
数控机床是一种高精度的加工设备，其运动控制系统对加工精度和效率具有重要影响。
plc步进电机控制实验报告
PLC步进电机控制实验报告引言在工业控制领域中，步进电机是一种常用的驱动设备。
为了实现对步进电机的精确控制，我们采用了PLC（可编程逻辑控制器）作为控制器。
本文将详细介绍PLC步进电机控制实验的步骤和结果。
实验目的本实验旨在通过PLC控制步进电机，实现对电机运动的精确控制。
具体实验目标如下： 1. 学习PLC的基本原理和编程方法； 2. 掌握步进电机的工作原理及其控制方法； 3. 设计并实施一个简单的步进电机控制系统。
实验设备本实验使用的设备包括： - PLC控制器 - 步进电机 - 电源 - 开关 - 传感器实验步骤步骤一：PLC编程1.打开PLC编程软件，并创建一个新的项目。
2.配置PLC的输入输出模块，并设置相应的IO口。
3.编写PLC的控制程序，实现对步进电机的控制逻辑。
4.调试程序，确保程序的正确性。
步骤二：步进电机的接线1.将步进电机的驱动器与PLC的输出模块连接。
2.将步进电机的电源与PLC的电源模块连接。
3.连接步进电机的传感器，以便监测电机的运动状态。
步骤三：实验验证1.通过PLC的编程软件，将编写好的程序下载到PLC控制器中。
2.打开PLC电源，确保PLC控制器正常工作。
3.通过PLC的输入模块输入控制信号，观察步进电机的运动情况。
4.通过传感器监测步进电机的运动状态，并与编写的控制程序进行比较。
实验结果通过本次实验，我们成功实现了对步进电机的精确控制。
控制程序的设计使步进电机按照预定的速度和方向运动，并且可以根据需要随时改变运动状态。
同时，通过传感器的监测，我们可以及时获取步进电机的运动信息，确保系统的稳定性和安全性。
实验总结本实验通过PLC控制步进电机，深入了解了PLC编程的基本原理和步进电机的工作原理。
通过实践，我们掌握了PLC编程的方法和步进电机控制的技巧。
在实际应用中，PLC控制步进电机具有广泛的应用前景，可以在自动化生产线、机械加工等领域中发挥重要作用。
参考文献[1] PLC步进电机控制实验教学单元.（2018）。
步进电机梯形加减速实验实验原理
步进电机梯形加减速实验实验原理步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移的电动机。
它以其精度高、定位准确和响应速度快等特点，在自动化控制系统中得到了广泛应用。
其中，步进电机梯形加减速实验是一种用于研究步进电机运动特性的实验方法。
步进电机梯形加减速实验的原理是通过调节电脉冲信号的频率和相序来控制步进电机的运动，实现不同速度下的加减速运动。
具体步骤如下：1.实验仪器准备：实验所需仪器包括步进电机、电流驱动器、控制器和计时仪等。
其中，电流驱动器用于提供电流给步进电机，控制器用于控制电流驱动器的工作状态，计时仪则用于测量步进电机的运动时间。
2.实验电路搭建：将电脉冲发生器的输出连接到控制器的输入口，控制器的输出口连接到电流驱动器的控制端口，电流驱动器的输出端口连接到步进电机的相线上。
同时，将电流驱动器的电源和步进电机的电源连接，确保实验电路可正常工作。
3.实验参数设置：根据实验要求，设置控制器的电流值、步进角度和加速度等参数。
其中，电流值决定步进电机的扭矩大小，步进角度决定电机每次接收到电脉冲后转动的角度，加速度则影响电机的加减速过程。
4.实验步骤控制：通过控制器调节电脉冲信号的频率和相序，可以实现对步进电机的控制。
通过改变电脉冲的频率和相序，可以控制步进电机的转动速度和运动方式。
在加减速实验中，可以通过逐步增加电脉冲的频率和相序，来实现步进电机的加速过程；通过逐步减小电脉冲的频率和相序，则可以实现步进电机的减速过程。
5.运动时间测量：通过将计时仪连接到步进电机上，可以测量电机在不同速度下的运动时间。
通过测量多次，可以得到步进电机的平均运动时间，并计算出电机的平均速度。
步进电机梯形加减速实验原理简单来说就是通过调节电脉冲信号的频率和相序来控制步进电机的转动速度和运动方式，从而实现不同速度下的加减速运动。
在实验中通过设置电流值、步进角度和加速度等参数，可以控制步进电机的性能。
通过测量电机的运动时间，可以得到步进电机的平均速度，并探究步进电机的运动特性。
PLC控制步进电机正实现正反转速度控制定位
PLC控制步进电机正实现正反转速度控制定位PLC控制步进电机实现正反转速度控制定位是自动化生产过程中的一种常见应用。
本文将详细介绍PLC控制步进电机的原理、控制方式以及步进电机的正反转速度控制定位实现方法，并探讨其在实际应用中的优势和注意事项。
一、PLC控制步进电机原理步进电机是一种特殊的电动机，其每次输入一个脉冲信号后，会按照一定的角度旋转。
PLC（可编程逻辑控制器）是一种通用、数字化、专用微处理器，广泛应用于工业控制领域。
PLC控制步进电机可以通过控制脉冲信号的频率、方向和脉冲数来实现电机的正反转、速度控制和定位。
二、PLC控制步进电机的控制方式1.开关控制方式2.脉冲控制方式脉冲控制方式是PLC控制步进电机最常用的方式。
PLC向步进电机发送一系列脉冲信号，脉冲信号的频率和脉冲数决定了电机的转速和转动角度。
脉冲信号的正负决定了电机的正反转方向。
通过改变脉冲信号的频率和脉冲数，可以实现电机的速度控制和定位。
三、步进电机正反转速度控制定位实现方法步进电机的正反转速度控制定位可以通过PLC的程序来实现。
下面以一个简单的例子来说明该实现方法。
假设要实现步进电机顺时针转动2圈、逆时针转动1圈、再顺时针转动3圈的循环。
步进电机的一个转一圈需要200个脉冲信号。
首先，需要定义一个变量n，用来记录电机的圈数。
其次，在PLC的程序中编写一个循环步骤：1.设置脉冲信号的频率和脉冲数，使步进电机顺时针旋转2圈。
2.当步进电机转动2圈后，n=n+23.判断n的值，如果n=2，则设置脉冲信号的频率和脉冲数，使步进电机逆时针旋转1圈。
4.当步进电机转动1圈后，n=n-15.判断n的值，如果n=1，则设置脉冲信号的频率和脉冲数，使步进电机顺时针旋转3圈。
6.当步进电机转动3圈后，n=n+37.返回第一步，继续循环。
通过这样的循环过程，步进电机可以按照预定的顺序和速度进行正反转，并实现定位控制。
四、PLC控制步进电机优势和注意事项1.精确控制：PLC可以精确控制步进电机的转速和转动角度，适用于需要高精度定位的应用。
步进电机控制实验报告
步进电机控制实验报告步进电机的控制实验报告一、实验目的1. 学习步进电机的工作原理。
2. 了解步进电机的驱动电路。
3. 学会用单片机控制步进电机。
二、实验器件1. TIVA C 系列芯片，电机模块和LCD显示模块。
2. 电脑以及CCS开发软件。
三、实验内容设计一个简单的程序驱动步进电机并控制转速，通过LCD板上的滚轮装置可以调节步进电机的转速。
四、实验原理双极性四线步进电机：一般双极性四线步进电机线序是A B A/ B/, 其中A 与A/是一个线圈，B和B/是一个线圈，一般这种驱动需要的是H桥电路。
H双极性四线步进电机驱动相序：1.单相四拍通电驱动时序正转：A/ B A B/反转：B/ A B A/2.双相通电四拍驱动时序正转：A/B AB AB/ A/B/反转：A/B/ AB/ AB A/B3.半步八拍驱动时序正转：A/ A/B B AB A AB/ B/ A/B/A/B/ B/ AB/ A AB B A/B A/反转：*****驱动芯片：*****为玩具、打印机及其他机电一体化应用提供了一款双通道桥式电机驱动器解决方案。
该器件具有两个H桥驱动器，并能够驱动两个直流(DC)电刷电机、一个双极性步进电机、螺线管或其他电感性负载。
每个H桥的输出驱动器模块由N沟道功率MOSFET组成，这些MOSFET被配置成一个H桥，以驱动电机绕组。
每个H桥都包括用于调节或限制绕组电流的电路。
借助正确的PCB设计，*****的每个H桥能够连续提供高达1.5-ARMS（或DC）的驱动电流（在25℃和采用一个5VVM电源时）。
每个H桥可支持高达2A的峰值电流。
在较低的VM电压条件下，电流供应能力略有下降。
该器件提供了利用一个故障输出引脚实现的内部关断功能，用于：过流保护、短路保护、欠压闭锁和过热。
另外，还提供了一种低功耗睡眠模式。
*****内置于16引脚HTSSOP封装或采用PowerPAD?的QFN封装（绿色环保：RoHS和无Sb/Br）。
《2024年基于单片机的步进电机控制系统研究》范文
《基于单片机的步进电机控制系统研究》篇一一、引言随着科技的发展，步进电机因其高精度、低噪音、易于控制等优点，在各个领域得到了广泛的应用。
然而，传统的步进电机控制方式存在控制精度低、响应速度慢等问题。
因此，基于单片机的步进电机控制系统应运而生，其具有体积小、控制精度高、响应速度快等优点。
本文旨在研究基于单片机的步进电机控制系统的设计原理、实现方法以及应用前景。
二、步进电机控制系统的基本原理步进电机是一种将电信号转换为机械运动的设备，其运动过程是通过一系列的步进动作实现的。
步进电机的控制原理主要是通过改变电机的电流和电压，使电机按照设定的方向和速度进行旋转。
三、基于单片机的步进电机控制系统设计基于单片机的步进电机控制系统主要由单片机、步进电机驱动器、步进电机等部分组成。
其中，单片机是控制系统的核心，负责接收上位机的指令，并输出相应的控制信号给步进电机驱动器。
步进电机驱动器则负责将单片机的控制信号转换为适合步进电机工作的电流和电压。
在硬件设计方面，我们选择了一款性能稳定、价格适中的单片机作为主控制器，同时设计了相应的电路和接口，以实现与上位机和步进电机驱动器的通信。
在软件设计方面，我们采用了模块化设计思想，将系统分为初始化模块、控制模块、通信模块等部分，以便于后续的维护和升级。
四、基于单片机的步进电机控制系统的实现在实现过程中，我们首先对单片机进行了初始化设置，包括时钟设置、I/O口配置等。
然后，通过编程实现了对步进电机的控制，包括步进电机的启动、停止、正反转以及速度调节等功能。
此外，我们还实现了与上位机的通信功能，以便于实现对步进电机的远程控制和监控。
五、实验结果与分析我们通过实验验证了基于单片机的步进电机控制系统的性能。
实验结果表明，该系统具有较高的控制精度和响应速度，能够实现对步进电机的精确控制。
同时，该系统还具有较好的稳定性和可靠性，能够在各种复杂环境下正常工作。
此外，我们还对系统的抗干扰能力进行了测试，结果表明该系统具有较强的抗干扰能力。
PLC实现步进电机正反转和调速控制
PLC实现步进电机正反转和调速控制PLC（可编程逻辑控制器）是一种专门用于工业自动化控制系统的计算机控制设备。
它可以实现对多种设备和机器的控制，包括步进电机。
步进电机是一种通过步进角度来控制转动的电机，其转动可以精确地控制在每个步进角度停留一段时间。
步进电机的正反转和调速控制是实现工业自动化过程中常用的功能，PLC可以很好地实现这些控制。
一、步进电机的正反转控制步进电机的正反转控制是通过控制步进电机的相序来实现的。
步进电机有多种相序方式，常见的包括正向旋转、逆向旋转、双向旋转等。
PLC 可以通过控制步进电机的相序开关来实现步进电机的正反转。
在PLC中，可以使用PLC的输出口来控制步进电机的相序开关。
通过将输出口与步进电机的控制线路连接，可以控制相序开关的状态，从而控制步进电机的正反转。
例如，将PLC的一个输出口连接到步进电机的CW （Clockwise）输入线路，另一个输出口连接到步进电机的CCW（Counter Clockwise）输入线路，可以通过控制这两个输出口的状态来实现步进电机的正反转。
二、步进电机的调速控制步进电机的调速控制是通过控制步进电机的脉冲频率来实现的。
步进电机的转速与脉冲频率成正比，脉冲频率越高，步进电机的转速越快。
因此，通过控制PLC输出口给步进电机发送的脉冲频率，可以实现步进电机的调速控制。
在PLC中，可以使用定时器模块来控制步进电机的脉冲频率。
定时器模块可以通过设定计时器的定时时间和周期，来控制输出口的脉冲频率。
通过控制定时器的定时时间，可以控制步进电机每个步进角度的停留时间，从而控制步进电机的转速。
除了定时器模块，PLC还可以使用计数器模块来实现步进电机的调速控制。
计数器模块可以通过设定计数器的初始值和计数步长，来控制输出口的脉冲频率。
通过控制计数器的初始值和计数步长，可以控制步进电机每个步进角度的停留时间，从而实现步进电机的转速控制。
三、步进电机正反转和调速控制实例以下是一个使用PLC实现步进电机正反转和调速控制的实例。
步进电机测速实验报告
步进电机测速实验报告步进电机是一种特殊的电动机，它的转动步进角度是固定的。
步进电机广泛应用于各种领域，例如打印机、机床和机器人等。
因为步进电机的步进角度与控制信号的脉冲数是线性相关的，因此步进电机的速度控制通常是通过控制脉冲数来实现的。
本实验旨在通过实际测速来验证步进电机速度与脉冲数之间的关系。
二、实验原理步进电机的角速度与脉冲频率之间存在一定的对应关系，通常可以使用脉冲频率来控制步进电机的转动速度。
步进电机的转速可以通过计算单位时间内的脉冲数来间接得到。
实验设备：步进电机、恒流驱动器、信号发生器、数显频率计、示波器等。
步进电机的测速实验流程如下：1. 连接步进电机与恒流驱动器，保证电机正常工作。
2. 设置信号发生器的频率、占空比以及信号发生模式，保证输出脉冲信号的稳定性和精确性。
3. 将信号发生器的输出信号连接到恒流驱动器的脉冲输入端，通过改变脉冲频率来控制步进电机的转速。
4. 使用示波器观察步进电机的转动状态，确定电机的运动是否正常。
5. 连接数显频率计到电机驱动器的输出端，设置合适的测量范围和触发模式，测量电机的转速。
6. 记录测量数据，通过分析数据得出步进电机转速与脉冲频率的对应关系。
三、实验过程1. 搭建实验电路，并接通电源，保证电机和仪器处于正常工作状态。
2. 设置信号发生器的频率和占空比，将输出信号接入恒流驱动器的脉冲输入端。
3. 观察步进电机的转动状态，调整信号发生器的频率，使电机转动稳定。
4. 连接数显频率计到电机驱动器的输出端，设置适当的量程和触发模式。
5. 测量步进电机的转速，在不同的频率下进行多次测量，得到数据。
6. 统计测量数据，分析步进电机转速与脉冲频率之间的关系。
四、实验结果根据实验测量数据，将步进电机的转速与信号发生器的频率进行对比，得到如下关系：脉冲频率(f) 转速(转/分钟)100 300200 600300 900400 1200500 1500五、实验分析通过实验数据的分析可以得到步进电机转速与信号发生器脉冲频率之间存在线性关系。
步进电机的精确控制方法研究
步进电机的精确控制方法研究步进电机是一种将脉冲输入转化为旋转运动的电动机。
它具有精确位置控制的优势，广泛应用于数控机床、印刷设备、纺织设备等领域。
本文将研究步进电机的精确控制方法。
首先，步进电机的精确控制方法可以从两个方面入手：开环控制和闭环控制。
开环控制是指通过给定脉冲数控制步进电机的旋转角度，但无法实时检测和修正位置偏差。
闭环控制则通过添加位置传感器和反馈控制系统，实现对步进电机的精确位置控制。
在开环控制方法中，可以使用以下几种策略来提高步进电机的精确度：1.采用高分辨率的脉冲信号：通过提高脉冲信号的分辨率，可以使步进电机的旋转角度更加精确。
2.采用微步驱动技术：微步驱动技术可以将一个脉冲细分为多个微步，从而实现对步进电机更加精细的控制。
常见的微步驱动技术有1/2步、1/4步和1/8步等。
3.降低负载惯性：负载惯性对步进电机的转动精度有很大影响。
通过减小负载惯性，可以提高步进电机的转动精度。
而闭环控制方法则通过反馈控制系统对步进电机的位置进行实时监测和修正，从而实现更加精确的位置控制。
闭环控制方法可以采用以下几种方式：1.采用位置传感器：可以使用编码器或霍尔传感器等位置传感器来实时监测步进电机的转动角度，从而获得实际位置与期望位置之间的误差。
2.使用PID控制算法：PID控制算法是一种常用的闭环控制算法，通过调节比例、积分和微分三个参数，可以快速、稳定地修正步进电机的位置偏差。
3.采用模型预测控制（MPC）：模型预测控制是一种优化控制算法，通过建立步进电机的数学模型，预测未来的位置偏差，并采取相应的控制策略来修正偏差。
总之，步进电机的精确控制方法可以通过开环控制和闭环控制两种方式实现。
开环控制方法适用于对精度要求不高的应用场景，而闭环控制方法则适用于对位置精度要求较高的场景。
根据具体应用需求，可以选择合适的控制方法来实现步进电机的精确控制。
plc步进电机控制实验报告
plc步进电机控制实验报告PLC步进电机控制实验报告引言：在现代工业中，电机的运动控制是一个重要的环节。
PLC（可编程逻辑控制器）作为一种广泛应用于自动化领域的控制设备，被广泛应用于电机控制系统中。
本实验旨在通过使用PLC来控制步进电机，实现对电机的精确控制和定位。
一、实验目的本实验的主要目的是通过PLC来控制步进电机，实现对电机的精确控制和定位。
具体的实验目标如下：1.了解步进电机的工作原理和控制方式；2.掌握PLC的基本原理和编程方法；3.设计并实现一个简单的步进电机控制系统。
二、实验原理步进电机是一种能够将电脉冲信号转化为角位移的电动机。
它通过控制电流的方式来实现精确的位置控制。
步进电机的控制方式主要有两种：开环控制和闭环控制。
在本实验中，我们将使用开环控制的方式。
PLC是一种可编程的控制器，它可以根据预先编写的程序来控制设备的运行。
PLC的基本原理是通过输入模块接收外部信号，经过处理后，通过输出模块控制执行器的运动。
在本实验中，我们将使用PLC来控制步进电机的运动。
三、实验步骤1.准备工作：a.搭建步进电机控制系统，包括步进电机、PLC、电源等设备；b.连接电路，将PLC的输入模块与步进电机的控制信号线连接；c.编写PLC的控制程序。
2.程序设计：a.根据步进电机的控制方式，编写PLC的控制程序，包括控制信号的输出和控制逻辑的设计；b.根据实际需求，确定步进电机的运动方式和控制参数。
3.实验操作：a.将编写好的PLC程序下载到PLC设备中；b.启动PLC设备，观察步进电机的运动情况；c.根据实验需求，对步进电机的运动进行调试和优化。
4.实验结果分析：a.观察步进电机的运动情况，记录每次的位置和速度；b.根据实验数据，分析步进电机的控制效果和精度。
四、实验结果与讨论通过本次实验，我们成功地使用PLC来控制步进电机的运动。
通过对步进电机的控制参数进行调试和优化，我们实现了对电机的精确控制和定位。
基于STM32的步进电机多轴速度控制方法研究与实现
基于STM32的步进电机多轴速度控制方法研究与实现王昊天;于乃功【摘要】在机器人多轴电机控制过程中,发现带载情况下如果电机起步速度过快会导致电机堵转问题,很需要一种可以实现电机匀加速的精确控制方法;文章借助于STM32F103,通过其I/O口输出矩形波脉冲序列的方式控制步进电机驱动器或伺服驱动器,从而实现对步进电机的位置和速度控制;通过修改定时器值实现梯形加减速轨迹,使步进电机运行具有较好加减速性能;另外,由于STM32F103芯片具有高速定时器,可以通过配置定时器输出和插补运算相结合方法,实现对多轴(多个电机)的控制;该方法对于嵌入式步进电机控制器的开发具有很好的参考价值.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2019(027)009【总页数】6页(P95-99,108)【关键词】机器人;定时器;多路脉冲输出;梯型加减速算法;步进电机控制器【作者】王昊天;于乃功【作者单位】北京工业大学信息学部,北京100124;计算智能与智能系统北京重点实验室,北京100124;数字社区教育部工程研究中心,北京100124;北京工业大学信息学部,北京100124;计算智能与智能系统北京重点实验室,北京100124;数字社区教育部工程研究中心,北京100124【正文语种】中文【中图分类】TP230 引言随着自动化设备和机器人需求的稳步增长，作为它们的关键驱动部件步进电机或伺服电机配套的驱动器及脉冲控制器需求也相应增加，而常用的脉冲控制器一般情况下依靠PLC即可实现，但其在机器人控制中无法灵活使用，所以很有必要开发一款基于STM32的实时定时脉冲发生器。
并且STM32F103芯片也有结构简单[1]，成本低廉，占用空间小等诸多优点。
电机起步速度过快时会发生堵转，具体原因是因为由静止状态到动态，如果速度过高的话，会引起各轴之间产生冲击，超程，失步等现象[2]，而停止时因为工件在快速运行状态，若突停的话，因机械惯性较大，严重的话会引起机械损伤，或定位不准现象为了使执行机构能平稳定位，就要求电机在开机速度达到给定进给速度的过程中有一个加减速过程，使其能平滑过渡，避免电机速度突变给其带来损伤。
步进电机实验报告(1)
步进电机控制实验一、实验目的步进电机作为一种数字控制电机，可以准确的控制角度和距离应用非常广泛，本实验利用SPCE061A单片机通过自己编写程序实现步进电机的控制使我们加深对步进电机的了解，同时学会使用步进电机的驱动芯片WZM-2H042M。
另外要求我们掌握单片机控制步进电机的硬件接口电路，以及熟悉步进电机的工作特性。
二、实验内容根据步进电机驱动电路，使用单片机驱动步进电机，控制步进电机正转、反转操作。
三、实验要求按实验内容编写程序，并在实验仪上调试和验证。
四、实验说明1．步进电动机有三线式、五线式、六线式三种，但其控制方式均相同，必须以脉冲电流来驱动。
若每旋转一圈以20个励磁信号来计算，则每个励磁信号前进18度，其旋转角度与脉冲数成正比，正、反转可由脉冲顺序来控制。
2．步进电动机的励磁方式可分为全部励磁及半步励磁，其中全步励磁又有1相励磁及2相励磁之分，而半步励磁又称1-2相励磁。
图为步进电动机的控制等效电路，适应控制A、B、/A、/B的励磁信号，即可控制步进电动机的转动。
每输出一个脉冲信号，步进电动机只走一步。
因此，依序不断送出脉冲信号，即可步进电动机连续转动。
a．1相励磁法：在每一瞬间只有一个线圈导通。
消耗电力小，精确度良好，但转矩小，振动较大，每送一励磁信号可走18度。
若欲以1相励磁法控制步进电动机正转，其励磁顺序如图所示。
若励磁信号反向传送，则步进电动机反转。
励磁顺序： A→B→C→D→AA B C DSTEP1 1 0 0 02 0 1 0 03 0 0 1 04 0 0 0 1b．2相励磁法：在每一瞬间会有二个线圈同时导通。
因其转矩大，振动小，故为目前使用最多的励磁方式，每送一励磁信号可走18度。
若以2相励磁法控制步进电动机正转，其励磁顺序如图所示。
若励磁信号反向传送，则步进电动机反转。
励磁顺序： AB→BC→CD→DA→ABSTEP A B C D1 1 1 0 02 0 1 1 03 0 0 1 14 1 0 0 1c．1-2相励磁法：为1相与2相轮流交替导通。
基于stm32的步进电机控制系统设计与实现
基于stm32的步进电机控制系统设计与实现基于STM32的步进电机控制系统设计与实现1.引言步进电机作为一种常用的电机类型，其运动精度高、响应速度快，广泛用于各种自动化控制系统中。
本文基于STM32微控制器，设计并实现了一个步进电机控制系统，旨在实现步进电机的精确控制和高效运动。
2.系统架构步进电机控制系统的基本架构包括电机驱动模块、控制模块和用户界面模块。
其中，电机驱动模块负责将控制信号转化为电机驱动信号，实现步进电机的精确控制；控制模块负责生成控制信号，控制步进电机的转动方式和速度；用户界面模块则提供用户交互接口，方便用户对步进电机的控制进行配置和监测。
3.硬件设计硬件设计包括STM32微控制器的选型和电机驱动电路的设计。
对于STM32选型，需要考虑处理器的计算能力和IO口的数量和功能，以及是否支持步进电机驱动的相关功能。
对于电机驱动电路的设计，需要选择适合步进电机的驱动芯片，并结合电机的特性设计适当的电源、滤波和保护电路。
4.固件设计固件设计是步进电机控制系统的核心部分，主要包括控制算法和通信协议。
控制算法通常使用脉冲/方向控制方式，通过控制PWM信号的占空比和频率实现步进电机的转动和速度控制。
通信协议可以选择UART、SPI或者I2C等常用的串行通信方式，通过与上位机或其他外部设备进行通信，实现系统的配置和监测功能。
5.软件实现软件实现主要包括嵌入式软件的开发和上位机软件的开发。
对于嵌入式软件，需要使用相关的开发工具，如Keil或STM32Cube IDE，编写控制算法和通信协议的代码，并进行调试和验证。
上位机软件则负责与嵌入式系统进行通信，提供配置和监测界面，并可通过图形化界面实现系统参数的配置和调节。
6.测试与验证测试与验证是确保步进电机控制系统功能和性能的有效手段。
可以通过虚拟仿真和实际硬件测试两种方式进行。
虚拟仿真可以通过软件仿真工具进行，验证系统功能的正确性和逻辑的合理性；实际硬件测试则需要将系统部署到实际硬件平台上，通过对电机运动和系统功能的实际操作和观察，验证系统的性能和稳定性。
PLC控制步进电机实验报告
PLC控制步进电机实验报告一、实验目的：1.掌握PLC控制步进电机的原理和工作方式；2.学习使用PLC编程软件进行步进电机的控制编程；3.实践在PLC控制下实现步进电机正反转、加速、减速等功能。
二、实验原理：步进电机是一种电动机，能够通过信号脉冲控制进行旋转或停止。
PLC（Programmable Logic Controller, 可编程逻辑控制器）是一种集成电路，可用于控制自动化设备。
步进电机与PLC结合，可以实现自动化控制。
步进电机有两种控制方式：全步进和半步进。
全步进是指每个步进电机脉冲所旋转的角度为共1.8度，而半步进则是每个脉冲旋转0.9度。
在实验中，我们将使用全步进模式。
PLC通过发送不同的信号脉冲给步进电机的驱动器，从而控制步进电机的旋转方向和速度。
通过编程软件编写控制程序，在PLC中设定参数（如脉冲数、速度等），然后发送信号脉冲给步进电机，通过控制脉冲数和频率来控制步进电机的旋转。
三、实验步骤：1.连接PLC和步进电机：将PLC和步进电机的驱动器通过电缆进行连接，并确保连接正确无误。
2.打开PLC编程软件：在电脑上打开PLC编程软件，创建一个新的程序。
3.编写控制程序：在编程软件中，根据实验需求编写步进电机的控制程序。
包括设定脉冲数、速度等参数，并设置旋转方向和速度的输出信号。
5.运行实验：按下PLC的运行按钮，通过编程软件发送信号脉冲给步进电机，观察步进电机是否按照设定的参数进行旋转。
四、实验结果和分析：在实验中，我们成功地使用PLC控制步进电机进行了旋转控制。
通过编写控制程序，我们设定了步进电机的脉冲数、速度和旋转方向等参数，并通过发送信号脉冲给步进电机的驱动器，实现了步进电机的自动控制。
通过实验观察和数据记录，我们可以发现，参数设置的不同会对步进电机的运动产生不同的影响。
例如，增加脉冲数可以使步进电机旋转更多的角度，而增加速度可以使步进电机旋转更快。
在实验中，我们还可以进一步尝试不同的控制程序，实现步进电机的其他功能，如加速、减速等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
t(n), 然后将之代入式 (7), 求得每一个 n 所对应的 f (n), 并由 f 与 T 的倒数关系求得 T(n)。 设步进电机升速起始频率为 f 0 , 运行最高频率 为 f m (显然 f m >>f 0 )。 经过足够时间后(用 tm 表 示), 有 f (tm )=f m , 根据式( 7)得 : f (tm ) = f 0 +C 则 C =f m - f 0 ≈f m , 故式(7)可表示为 f (t) ≈ f 0 + f m (1 - e
- τ
Байду номын сангаасtk
)
(10)
图 4 驱动脉冲序列示意图
84 当 t = (2 ～ 3)τ 时 , f (t)≈f m 。
工矿自动化
2007 年 4 月
实现这一过程 , 只要用户给定的步进电机的最高运 行频率 f m 不超过步进电机的最大运行频率 f max , 步 进电机便可从当前运行频率沿着图 3 所示的曲线升 速运行至指定频率 。 至于降速曲线 , 在步进电机降速的初始阶段 , 如 果其运行频率很高 , 则其输出转矩很小 。 因此在这 一阶段 , 步进电机的角加速度(绝对值)应当小 ; 随着 运行频率的下降 , 其输出转矩增加 , 相应的速度随时 间的变化率也应增加 。 因此 , 步进电机的降速曲线 应该对称于其升速曲线 , 其降速曲线是升速曲线的 镜像 。 因此 , 二者可共用同一张数据表 。 即对于降 速过程 , 须逆向查表 。 笔者在研制 PCB 定位孔打孔系统中 , 选用金坛 四海电机厂生产的 SH 2024B2 步 进电机驱 动器及 57BYG027 四相 永磁 感 应 子式 步 进 电动 机 , 采 用 8 细 分 , 0. 225° 步 距 角 。 取 f 0 = 30 H z , f m = 10 000 Hz , N = 120 , g =50 , 单片机系统晶体振荡频 率为12 M H z , 根 据式 (11)和 (12 ), 通过 编程 获得 K (n)数据 , 如表 1 所示 。 实际使用表明 : 步进电机 能在短时间内实现升降速 , 运行平稳 , 声音柔和 , 定 位正确 , 实现了整机冲孔速度每孔为 0. 6 s 的指标 , 保证了冲 孔误 差小 于 0. 015 mm , 较 好地 满 足了 PCB 定位孔打孔的要求 。
图 1 常见的步进电机升降速运行曲线
2 步进电机动态特性分析 由上述讨论可知 , 图 1 所示的升降速曲线都不
2007 年第 2 期
徐煜明 : 步进电机速度控制的研究与实现 即:
83
是理想的运行曲线 。 因此 , 应该在研究步进电机运 行特性的基础上设计其升降速运行曲线 。 步进电机 的动态特性 , 可以通过 其动力学模型 (二阶微 分方 程)描述 : J d2 θ dθ +β +K θ + TZ = Td d t2 dt (1)
F(S ) = A /[ S (S +B ) ] + f 0 /(S +B ) 通过反变换并整理后有 : f (t) = A /B +(f 0 - A /B )e = Aτ+(f 0 - Aτ )e
-τ
t
(5)
- Bt
- τ
t
(6)
式中 : J 为系统总转动惯量 ; θ 为转子转角 ; β为 阻尼(包括机械阻尼和电磁阻尼)系数 ; K 为与 θ成 某种函数关系的比例因子 ; T Z 为摩擦阻力矩及其它 与 β 无关的阻力矩之和 ; T d 为步进电机所产生的电 磁驱动转矩 。 由式(1)及其它相关因素 , 步进电机的实际矩频 特性如图 2 中虚线 所示 。 在驱 动脉冲的频率 较低 时 , 步进电机的转矩比较大 ; 随着频率的上升 , 转矩 近似于线性下降 。 由式(1), 系统的惯性扭矩 J ε 为 J ε =J d2 θ dθ =Td - β - Kθ - TZ dt 2 dt (2)
收稿日期 : 2007 - 01 - 05 作者简介 : 徐煜明(1962 - ), 男 , 硕士 , 副教授 , 现在常州 工学院 计算机信息工程学院从事教学与科 研工作 , 已发 表论文 10 篇 , 主持 科研项目 5 项 , 主编教材 5 部 。 (a) 阶梯型 (b) 直线型 (c) 指数型
设步 进 电 机 升 频 时 钟 脉 冲 序 列 为 N , 根 据 式(10), 可导出第 n 个脉冲频率的简化表达式 : f (n) ≈ f 0 + f m (1 - e )
n g
( 11)
式中 : g 表示通过脉冲序列 N 后频率上升的快 慢。 5 用单片机实现步进电机的速度控制 采用 89C2051 单片机对步进电机进行升 降速 控制 , 实际上就是改变输出时钟脉冲的时间间隔 , 升 速时使脉冲串逐渐加密 , 减速时逐渐稀疏 。 用单片 机定时中断方式控制 I /O 口输出电平 , 2 次中断产 生 1 个周期脉冲 T(n), 实质上就是不断改变定时器 装载值的大小 , 用离散办法来逼近理想的速度曲线 。 设单片机的晶体振荡频率 为 F , 根据式 (11 ), 可得 f (n)转化为定时器装载常数 K (n)的表达式 : K (n) = 65 536 F 24 × f (n) ( 12)
第 2 期 2007 年 4 月
工 矿 自 动 化 Industry and M ine A utomatio n
N o. 2 A pr. 2007
文章编号 : 1671 - 251X(2007)02 - 0082 - 04
步进电机速度控制的研究与实现
徐煜明 (常州工学院计算机信息工程学院 , 江苏 常州 213000) 摘要 : 文章介绍了步进电机的速度控制方案 。 在分析步进电机动态特性的基础上 , 建立了步进电机速度 变化曲线及算法 , 提出了基于单片机的升降速控制思路 , 即用离散法来逼近理想的速度曲线 , 并给出了速度 曲线数据表 。 关键词 : 步进电机 ; 速度控制 ; 离散法 ; 单片机 中图分类号 : TM343 文献标识码 : B 0 引言 步进电机是一种能将脉冲信号转换成角位移或 线性位移的执行器件 , 广泛应用在数控设备中 。 步 进电机的角位移或线性位移与控制脉冲数成正比 , 所以电机的转速与脉冲频率成正比 。 通过改变脉冲 频率就可以调节电机的转速 , 实现电机的快速启停 或换向 。 在实际的步进电机应用中 , 尤其在要求快速响 应的控制系统中 , 其关键问题是如何保证步进电机 在频繁启停 、 频率发生突变的高速运转过程中不发 生堵转和失步 。 而堵转和失步的发生 , 与步进电机 的变速特性 , 即与步进电机运行速度的变化规律有 关 。 笔者在研制“ 基于图象识别的 PCB 定位孔打孔 系统” 中 , 为 了提高 系统平 均打孔 速度 (每 孔小 于 0. 7 s), 对系统平台的快速移动进行了研究和探索 , 发现步进电机的速度控制曲线不但影响电机运行的 升降速度 , 还影响整个系统的平稳性 、 运行噪声和定 位精度 。 1 常用升降速曲线的分析及存在的问题 一般情况下 , 系统的极限启动频率较低 , 而要求 的运行速度又较高 , 如果系统以要求的速度直接启 动 , 会因速度已超过极限启动频率而不能正常启动 , 发生堵转或根本不能运行的情况 。 系统运行到终点 时突然停止 , 则会因系统的惯性 , 出现过冲现象 , 使
在步进电机高速运行时 , 由于 2 个相邻的驱动 脉冲间隔时间很短 , 来不及完成上述迭代运算 。 因 此 , 设计时把 各离散 点速 度所 需的定 时器 装载 值 K (n)固化在 ROM 中 , 即事先计算出与脉冲序列时 间 T(n)对应的 K (n), 建立 1 张数据表 , 存于 ROM 中 , 系统运行时用查表 法查出所需的 装载值 , 减少 CP U运算的时间 , 提高系统的响应 速度 。 用 查表法
式中 : J ε为惯性扭矩 ; ε 为角加速度 。 显然 , 惯性扭矩 J ε 应小于 最大电磁 扭矩 T d 。 在升速阶段 , 角加速度 ε 应尽可能大些 , 以提高系统 的快速性 。 但为了减小对系统的冲击 , ε 不应突变 。 ε 从 0 到 f 1 是线性增加到最大值 ε m 的 , 然后等加速 度增速到 f 2 , 接着 ε 以线性递减 , 在速度达到 f m 时 ε 减到 0 。 角加速度 ε 的变化规律应如图 2 中实线 所示 。
控制发生偏离 。 因此 , 在控制的过程中运行速度需 要有一个升速 —恒速 — 降速 —停止的过程 。 系统在要求快速响应时 , 必须要求升降速过程 时间尽量地缩短 , 使步进电机在不失步条件下 , 以最 短的时间升降到给定速度 。 但步进电机的输出力矩 随着它的旋转角速度变化 , 在整个升降速过程中 , 步 进电机的角加速度应该随着转子角速度的变化而变 化 。 因此 , 选择合理的运行规律曲线 , 成为步进电机 速度控制的关键 。 速度控制规律一 般有 3 种选择 , 如图 1 所示 。 第一种是按阶梯规律升降速 , 即步进电机的转速每 跃升 1 个台阶后恒速运转一段时间 。 这种方法的缺 点是在恒速阶段没有加速 , 未充分利用步进电机的 加速性能 , 而且在高频段加速台阶高 , 步进电机在速 度阶越时会发生失步 。 第二种是按直线规律升降速 方式 , 由于这种升速方法的加速度是恒定的 , 其缺点 是未充分考虑 步进电机输出力矩随速 度变化的特 性 , 步进电机在高速时会发生失步 。 第三种是按指 数规律升降速 , 在以微处理器为核心的驱动器中 , 常 用定时常数递减(递加)的方法实现升(降)速 , 升速 曲线呈上凹型 , 低频时升速太 慢 , 而高 速时升速太 快。