三相步进电机控制系统设计
基于plc控制的步进电机控制系统设计论文
基于PLC的步进电机控制系统设计机械电子专业 XXX指导教师 XXX摘要：以德国西门子公司小型可编程逻辑控制器S7—200为中央处理单元，以步进电机作为控制对象。
介绍了PLC的概念原理以与控制的优点，步进电机的概念与工作原理，现状以与发展方向。
PLC 与步进电动机一起结合起来有很高的研究价值与意义。
本文在介绍步进电机控制特点的基础上,重点研究了步进电机的控制策略。
设计了控制系统的硬件方案，并编写了相应的控制流程，测试了实际控制效果，并提出相应的整改措施，达到更加合理高效的目标。
对于使用步进驱动器的步进控制系统，控制器对步进电机的控制关键在于控制脉冲信号的产生。
介绍了使用该控制器产生控制脉冲信号的多种不同实现方法，进而实现对步进电机不同控制方法。
关键词：可编程逻辑控制器；步进电机；控制策略；控制流程The Research Of Stepper Control Method Motor Based OnPLC Student majoring inMachinery and electronics specialtyXXXTutorXXXAbstract：With small Germany Siemens S7-200 programmable logic controller of the central processing unit, with stepping motor as control object. This paper introduces the concept of PLC principle and advantage of the control, the concept and working principle of stepper motor, the current situation and development direction. PLC combined with stepper motor has a high research value and significance. In this paper, based on the introduction to the characteristics of the stepper motor control, step motor control strategies are researched. Design the hardware of the control system scheme, and write the corresponding control process, test the actual control effect, and puts forward the corresponding rectification measures, achieve more reasonable and efficient. For using stepper drive stepper control system, the controller of stepper motor control is the key to control the generation of pulse signal. This paper introduces the control using the controller a variety of different implementation methods of the pulse signal, then the method to realize different control the stepper motor.1 / 23Keywords:Programmable logic controller; Stepping motor; The control strategy; Control the process引言伴随着经济的快速发展，科技的日新月异，产品更新换代周期缩短，生产效率有了更高的要求，特别是计算机技术的广泛的推广和普与，信息产业发挥了它无与伦比的优越性和高效性，其中可编程逻辑器件就有了更多的用武之地。
三相步进电机的控制
三相步进电机的控制三相步进电机的控制要求为：1、能对三相步进电机的转速、启动停止进行控制；2、可实现三相步进电机的正反转控制；3、能对三相步进电机的步数进行控制。
一、系统配置1、FX2N-32MR型PLC一台。
2、110BF003型三相反应式步进电动机一台。
3、根据对三相步进电机控制的要求，I/O配置及其接线图如图1所示。
二、程序设计三相步进电机的转速分慢速、中速和快速三档，分别通过开关S1、S2和S3选择；正反转控制通过开关S4选择；步数控制分单步、10步和100步三档，分别通过按钮SB、S6和S7选择。
图11、转速控制有脉冲发生器产生不同周期T的控制脉冲，通过脉冲控制器的选择，在通过三相六拍环形分配器使三个输出继电器Y0、Y1和Y2按照单双六拍的方式接通，其接通顺序为图2该过程对应于三相步进电机的通电顺序为图32、正反转控制通过正反转驱动环节（调换相序），改变Y0/Y1和Y2接通的顺序，以实现步进电机的正反转控制，即图4图53、步数控制通过脉冲计数器，控制六拍时序脉冲，以实现对步进电机步数的控制，三相步进电机控制的梯形图如图6所示。
三、调试运行程序将图6所示的梯形图换成程序写入plc的RAM，并调试运行程序。
图6 三相步进电机控制的梯形图续图61、转速控制选择慢速挡（接通S1），接通启动开关S0，脉冲控制器产生周期为1s的控制脉冲，使M0～M5的状态向右移位，产生六拍时序脉冲，并通过三相六拍环形分配器使Y0、Y1和Y2按照单双六拍的通电方式接通，步进电机开始慢速步进运行。
2、正反转控制先接通正反转开关S4，在重复上述转速控制操作。
3．步数控制先选择慢速挡（接通S1），在选择10步（接通S6），接通启动开关S0，六拍时序脉冲、三相六拍环形分配器开始工作，计数器开始计数。
当走完预订步数时，计数器动作，其常闭点断开移位驱动电路，六拍时序脉冲、三相六拍环形分配器及正反转驱动环节停止工作，步进电机停转。
三相步进电机控制系统的设计课程设计论文_毕业论文
课程设计任务书指导教师：工作单位：自动化学院题目: 三相步进电机控制系统的设计初始条件：设计三相步进电机控制系统，要求系统具有如下功能：用K0-K2做为通电方式选择键，K0为三相单三拍，K1为三相双三拍，K2为三相六拍；K3为启动/停止控制、K4方向控制、K5加速、K6减速；用4位LED显示工作步数。
用3个发光二极管显示状态：正转时黄灯亮，反转时绿灯亮，不转时红灯亮。
要求完成的主要任务:1．硬件设计：系统总原理图2．软件设计：系统总体流程图、步进电机单三拍，双三拍，三相六拍各模块流程图、显示模块流程图等3．编写程序：能够完成上述任务并用仿真软件演示4．完成符合要求的设计说明书时间安排：2015年5月20日~2015年6月1日指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日摘要这次设计是基于单片机来设计三相步进电机系统。
80c51单片机作为主控芯片，利用ULN2003A集成电路，采用单极性驱动方式，加入74HC573使步进电机完成步进电机三相单三拍，三相双三拍，三相六拍；启动/停止控制、方向控制；速度控制（加速和减速两档）；用4位LED数码管显示工作步数。
用3个发光二极管显示状态：正转时黄灯亮，反转时绿灯亮，不转时红灯亮。
电路构造较为简单，设计思路清晰，利用KEIL进行软件编写与仿真，利用Proteus进行电路的设计与仿真，仿真结果符合任务提出的要求。
关键字：步进电机、单片机、单极性驱动，控制目录1 设计任务及要求 (5)1.1设计任务 (5)1.2任务分析 (6)2 方案比较及选择 (6)2.1电机驱动选择方案 (6)2.2LED显示选择方案 (6)2.3按键状态的读取 (6)3 系统实现的原理 (7)3.1步进电机控制工作原理 (7)3.1.1 步进电机的启停控制 (7)3.1.2步进电机的工作原理 (7)3.1.3步进电机的转向控制 (7)3.1.4步进电机的启停控制 (8)3.1.5步进电机的速度控制 (8)3.2系统设计思路 (8)3.3系统的整体框图 (9)4 系统的硬件设计 (10)4.1总体设计 (11)4.2步进电机控制电路 (12)4.2.1启/停控制、正/反转控制、工作模式控制电路分析 (13)4.2.2步进电机控制电路 (11)4.3显示电路 (12)4.3.1发光二极管显示电路 (12)4.3.2八段数码管显示电路 (12)5系统软件设计 (13)5.1总体设计 (13)5.1.2 系统总体流程图 (15)5.2关键模块设计 (17)5.2.1. 三相步进电机模块设计 (17)5.2.2显示模块设计 (18)5.5.2步进电机调速模块流程图 (19)6 系统仿真 (20)7 小结及体会 (22)参考文献 (23)附录 (24)三相步进电机控制系统的设计1 设计任务及要求1.1设计任务设计一个三相步进电机控制系统，要求系统具有如下功能：用K0-K2做为通电方式选择键，K0为三相单三拍，K1为三相双三拍，K2为三相六拍；K3为启动/停止控制、K4方向控制；K5加速控制，K6减速控制；用4位LED数码管显示工作步数。
三相混合式步进电机驱动器设计原理和控制详解
上海昀研自动化科技有限公司自2004年起致力于三相混合式步进电机及驱动器的开发，42系列低压三相混合式步进电机，57系列低压、高压三相混合式步进电机，86系列低压、高压三相混合式步进电机，110、130系列高压三相混合式步进电机，YK3605MA，TK3411MA，YK3822MA，YKA3722MA等多款产品已成功应用于市场。
上海昀研自动化科技有限公司生产的三相混合式步进电机采用交流伺服原理工作，转子和定子的直径比高达50%，高速时工作扭矩大，低速时运行极其平稳，几乎无共振区。
其配套驱动器YK3822MA具有单相220V/50Hz输入，三相正弦输出，输出电流可设置，具有十细分和半流额定值60%功能；控制方式灵活，有“脉冲+方向控制”，也有“正转脉冲+反转脉冲”控制方式；有过热保护功能，因此使用起来十分的方便。
1．前言步进电机是一种开环伺服运动系统执行元件，以脉冲方式进行控制，输出角位移。
与交流伺服电机及直流伺服电机相比，其突出优点就是价格低廉，并且无积累误差。
但是，步进电机运行存在许多不足之处，如低频振荡、噪声大、分辨率不高等，又严重制约了步进电机的应用范围。
步进电机的运行性能与它的驱动器有密切的联系，可以通过驱动技术的改进来克服步进电机的缺点。
相对于其他的驱动方式，细分驱动方式不仅可以减小步进电机的步距角，提高分辨率，而且可以减少或消除低频振动，使电机运行更加平稳均匀。
总体来说，细分驱动的控制效果最好。
因为常用低端步进电机伺服系统没有编码器反馈，所以随着电机速度的升高其内部控制电流相应减小，从而造成丢步现象。
所以在速度和精度要求不高的领域，其应用非常广泛。
因为三相混合式步进电机比二相步进电机有更好的低速平稳性及输出力矩，所以三相混合式步进电机比二相步进电机有更好应用前景。
传统的三相混合式步进电机控制方法都是以硬件比较器完成，本文主要讲述使用DSP及空间矢量算法SVPWM来实现三相混合式步进电机控制。
三相反应式步进电机驱动器的设计与实现
0 引言
人工智能是指研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的职能 的理论、方法、技术级应用系统的一门新的技术科学［1］，在工 程、技术研究等领域很多方面都有广泛的应用，为国民经济的 发展和人类生活的改善作出了巨大的贡献。以下将对人工智能 技术在电气自动化控制方面的应用作一探讨。
1 人工智能控制优势分析
人工智能控制的方法有很多种，对于不同的控制类型通常 采取不同的控制方法。人工智能主要利用人工智能函数近似器 加以处理［2］，例如 AI 控制器，神经、模糊、模糊神经以及遗传算 法都可看成一类非线性函数近似器。它具有很多常规函数估计 器所不具备的优势：（1）设计思路简单。人工智能的设计不需要 控制对方的模型，而传统的古典控制器要在对方的模型上加以 设计，并且存在的不确定因素较多［3］，例如很难得到控制对象 的精确动态方程，参数变化，非线性时往往不知道，也是造成传
步进电机以其良好的可操控性，在生产、生活的各个环节 都得到了广泛的应用，尤其是在自动化水平不断提高的今天， 步进电机更具有良好的应用前景，如在微控制、精确控制、特种 控制等方面发挥了重要作用。反应式步进电机步距角为 1.5°，转 子上均匀分布一些小齿，定子齿有 3 个励磁绕阻，其几何轴线依 次分别与转子齿轮轴线错开。电机的位置和速度与导电次数（脉 冲数）和频率成一一对应的关系，其方向由导电顺序决定。
统古典控制器的弊端。（2）控制器的性能得以提高。人工智能控 制器改变了相关参数，例如响应时间、下降时间等，性能得到很 大的提高。比如，现在使用的模糊逻辑控制器的上升时间比最 优 PID 控制器快 1.5 倍，下降时间快 3.5 倍。（3）简单容易操作。 古典控制器存在着调节能力差的缺陷，而人工智能控制器相对 而言降低了控制难度，对新信息和数据的适应能力也得到了改 进。在不具备相关专业知识的情况下，也可以通过相关信息提示 进行设计，相对而言简单且容易操作。
基于西门子s7-300 plc对三相步进电机的控制
应用科技基于西门子s7—300PL C对三相步进电机的控制郭东平(杨凌职业技术学院，陕西杨凌712100)脯要]PL C简单易学，可靠性高。
步进电机是一种常用的机电执行元件，相应的驱动和控制电路对于其整银洼能起着非常重要的作用。
本文采用s7—300PL C实现对步进电机的驱动和控制，结构简单，可靠性高，成本低，实用性强，具有较高的通用性和应用推广价值。
[关镑司]PLC；控制器；步进电机步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件。
步进电机的输出位移量与输入脉冲个数成正比，其转速与单位时间内输入的脉冲数(即脉冲频率)成正比，其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的相序有关。
所以只要控制指令脉冲的数量、频率及电机绕组通电的相序，便可控制步进电机的输出位移量、速度和转向。
步进电机具有较好的控制性能，其启动、停车、反转及其它任何运行方式的改变，都在少数脉冲内完成，且可获得较高的控制精度，因而得到了广泛的应用。
1可编程控制器可编程序控制器(Pr ogr am m abl e L o gi c Cont r ol l e r)简称P LC，作为一种工业控制计算机，具有模块化结构、配置灵活、高速的处理速度、精确的数据处理能力、多种控制功能、网络技术和优越的性价比等性能，是目前广泛应用的控制装置之一。
PLC对步进电机也具有良好的控制能力，利用其高速脉冲输出功能或运动控制功能，即可实现对步进电机的控制。
2步进电机控制的基本原理步进电机的基本控制包括转向控制和速度控制。
从结构上看，步进电机分为三相、四相、五相等类型，常用的是三相步进电机。
三相步进电机的工作方式有三相单三拍、三相双三拍和三相六拍3种。
2．1换相顺序的控制通电换相这一过程称为脉；中分配。
例如，三相步进电机在单三拍的工作方式下，其各相通电顺序为A—B—C—吸，通电控制脉冲必须严格按照这--N．序分别控制A、B、C相的通断。
三相双三拍的通电顺序为A B-+B C—C A—A B，三相六拍的通电顺序为A一徂B—+B—+B C—C—CA—峻。
彭彬彬-三相步进电机的PLC控制系统设计(信商)
中北大学
信息商务学院
课程设计说明书
学生姓名：学号：
学院：机械工程与自动化学院
专业：机械设计制造及其自动化
题目：数控技术课程设计
——三相步进电机的PLC控制系统设计
指导教师：职称:
职称:
2012年12月23日
中北大学
信息商务学院
课程设计任务书
2012/2013 学年第 1 学期
学院：机械工程与自动化学院
专业：机械设计制造及其自动化
学生姓名：学号：
课程设计题目：数控技术课程设计
——三相步进电机的PLC控制系统设计起迄日期：12 月24日～12月28日
课程设计地点：机械工程与自动化学院机械工程系指导教师：
系主任：王彪
下达任务书日期: 2012年12月23日
课程设计任务书。
基于PLC的步进电机运动控制系统设计
机电工程系基于PLC的步进电机运动控制系统设计专业：测控技术与仪器指导教师：xxx姓名: xxx _______________（2011年5月9日）目录一、步进电机工作原理 (1)1。
步进电机简介 (1)2。
步进电机的运转原理及结构 (1)3。
旋转 (1)4。
步进电动机的特征 (2)1）运转需要的三要素：控制器、驱动器、步进电动机 (2)2）运转量与脉冲数的比例关系 (2)3）运转速度与脉冲速度的比例关系 (2)二、西门子S7-200 CPU 224 XP CN (2)三、三相异步电动机DF3A驱动器 (3)1。
产品特点 (3)2。
主要技术参数 (3)四、PLC与步进电机驱动器接口原理图 (5)五、PLC控制实例的流程图及梯形图 (5)1.控制要求 (5)2。
流程图 (5)3.梯形图 (6)六、参考文献 (6)七、控制系统设计总结 (6)基于PLC的步进电机运动控制系统设计一、步进电机工作原理1.步进电机简介步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
通俗一点讲：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（及步进角)。
可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。
这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。
使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单2.步进电机的运转原理及结构电机转子均匀分布着很多小齿,定子齿有三个励磁绕阻,其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。
0、1/3て、2/3て，即A与齿1相对齐,B与齿2向右错开1/3て,C与齿3向右错开2/3て，A’与齿5相对齐，(A'就是A,齿5就是齿1）3.旋转如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用,齿1与A对齐，（转子不受任何力，以下均同）。
步进电机控制实验报告
一、 实验要求利用P0输出脉冲序列，74LS244输入开关量，开关K2-K8控制步进电机转换（分6挡），K0、K1控制步进电机转向。
必须要K2-K8中一开关和K0、K1中一开关同时为‘1’时步进电机才启动，其他情况步进电机不工作。
进电机才启动，其他情况步进电机不工作。
步进电机驱动原理是通过对它每线圈中的电流的顺序切换来使电机作步进式旋转。
驱动电路又脉冲信号来控制，所以调节脉冲信号的频率便可改变步进电机的转速。
微电脑控制步进电机最合适。
机最合适。
二、 试验目的1、 了解步进电机控制的基本原理。
了解步进电机控制的基本原理。
2、 掌握控制步进电机转动编程方法。
掌握控制步进电机转动编程方法。
三、步进电机工作原理步进电机是将给定的电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。
步进电机是将给定的电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。
给定一个电脉冲信号，步进电机转子就转过相应的角度，这个角度就称作该步进电机的步距角。
目前常用步进电机的步距角大多为1.8度（俗称一步）或0.9度（俗称半步）。
以步距角为0.9度的进步电机来说，当我们给步进电机一个电脉冲信号，步进电机就转过0.9度；给两个脉冲信号，步进电机就转过1.8度。
以此类推，连续给定脉冲信号，步进电机就可以连续运转。
由于电脉冲信号与步进电机转角存在的这种线性关系，使得步进电机在速度控制、位置控制等方面得到了广泛的应用。
控制、位置控制等方面得到了广泛的应用。
步进电机的使用至少需要三个方面的配合，一是电脉冲信号发生器，它按照给定的设置重复为步进电机输送电脉冲信号，目前这种信号大多数由可编程控制器或单片机来完成；二是驱动器（信号放大器），它除了对电脉冲信号进行放大、驱动步进电机转动以外，还可以通过它改善步进电机的使用性能，事实上它在步进电机系统中起着重要的作用，一般一种步进电机可以根据不同的工况具有多种驱动器；进电机可以根据不同的工况具有多种驱动器；三是步进电机，三是步进电机，它有多种控制原理和型号，它有多种控制原理和型号，现现在常用的有反应式、感应子式、混合式等。
三相单拍步进电机控制系统程序代码
{
unchar i.j:
for(i=0:＜maichong:i++)
{
delay(10) //延时函数，控制电机速度
}
bushu--:
#define unchar unsigned char
sbit kai_key=P3^1; //开关，作锁功能
sbit zheng_key=P3^2; //正转
sbit fan_key=P3^3; //反转
sbit 18_key P1^0; //18步
}
/**********************************/
/********* 13 电信01 ***********/
/********* 杜强 ************/
/********* 赵金龙 *************/
#include <reg51.h>
for(k=125:k＞0:k--):
}
void key()
{
//kaikey=shuo_key:
if(kai_key==0) //这里加关闭和，表示键盘锁打开。如果不闭合，表示上锁电机不转
else if(9_key==0) bushu=9:
else if(6_key==0) bushu=6:
else if(3_key==0) bushu=3:
else bushu=0:
uchar code table[]={0x01.0x02.0x04.0x02.0x01}:
//电机正反转I/O口的高低电平对应表
void delay(uchar i) //延时函数
三相混合式步进电机驱动器的设计
１ ． 引 言
三 相 混 合 式 步 进 电 机 驱 动 器 的 主 要 目标 是 控制 步 进 电机 的旋转 位 置 ，在 传 统 的控 制 中 ，对 于 步进 电机控 制位 置 角 的控 制 主要 由转 子 齿 数 以及 定子 极 对数 决 定 ， 但是 随 着 电力 电子控 制 技术 的进步 ， 以及 工业 控 制对 于 位 置控 制 的精 度 要求 不 断地 提 高 ，提 出 了对 原 有混 合 式步 进 电机 电流 再 细 分 的控 制 ，这 样 可使 得 电流 空 间 转角 的步 进 大大 减 小 ，达 到 控制 转 子转 角 （ 位 置 ）的 目的 。为 了完 成 这项 任 务 ，在 设 计
＋
啪 。
图１接收信号图
Ｉ ｎ Ｒ ４ ３
３ Ｋ＂ － Ｌ ｔ ， ｚ ｌ 蚰
。
ｌ
’ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
４ ７ ０ Ｋ
ｌ Ｏ ｋ
一 ｖ ｖ ｖ
槲
４ ７ ０ Ｋ
图２输入细分数和电机 电流设定电路
图６信号调制 电路
２ ２ ０ ｕ Ｆ ／ ２
Ｉ Ｎ ４ ０ ０ ７
一 ’
过流或欠 压 反馈信号
８ Ｖ Ｓ ３ ７
０ ０ ｎ Ｆ
Ｃ ８
６ Ｌ Ｏ １
１ Ｏ Ｋ
超过５ ＾ 报警
Ｉ Ｎ ４ １ ４ ８ Ｒ ５ ３
Ｉ Ｏ Ｍ
图４ 三角波发生电路图
图５载波波形图
图７驱动 电路 图
这 样 就可 以通 过改 变开 关 电 阻就 能 决 定输 出参考 电压 。 ３ ． 信号调理 电路 信 号调理 电路是根 据参考 电压 以及从 电 机Ａ 、Ｂ 相处 电流传感器得到的 电流信号做Ｐ Ｉ Ｄ 控制输 出三相控制信 号 ，三相 控制 电压 与载 波信 号 （ 三角波调制 ） 产生三 路Ｐ ｗ Ｍ 信号 。Ｐ ｗ Ｍ 信号 再通过非 门产生三相低侧 信号 ，这样 就 产生 了六路信号提供给驱动 电路 。 ３ ． １三 角波发 生 电路 在 电路 中 一般 原理 都 是使 用 运 放产 生 载 波从 而生成Ｐ ｗ Ｍ 波 ，本 电路 中使 用的是 两 块 运放 形成 闭环反 馈得 到的Ｐ Ｗ Ｍ 波 ，调整 波 形 偏置 电路如 图４ 所示 。 信 号起 振 原理 如下 ：当左 侧 ｌ Ｏ 脚 电平 高 于９ 脚 电平 时 ，８ 脚输 出 电压为 高 电平 。 １ Ｎ ４ ７ ３ ９ 为１ ２ Ｖ 稳压 管输 出电压 稳在 １ ２ Ｖ ，而 Ｒ ４ ９ 、Ｃ ２ ４ 和 图右侧 运 放 构成 积分 电路 ； 当 电压 下 降￣ ｊ ｔ － Ｖ ｏ ｕ ｔ ，使 得 １ ０ 脚 的 电平 低 于９ 脚 这 时输 出 电压 为 负 电平 ，这时 输 出 电压 为 在一１ ２ Ｖ 。这 时积 分 电路 充 电 ， ｌ ４ ５ ５电平 升 高 ，当 输 出 电平到 达 Ｙ ｏ ｕ ｔ 时 ， 电平又 反 转 。载波 实际波形 如 图５ 所示。
三相混合式步进电机驱动器的设计原理和控制详解
三相混合式步进电机驱动器的设计原理和控制详解
设计原理：
三相混合式步进电机驱动器由电源、驱动电路和步进电机组成。
电源提供电流和电压给驱动电路，驱动电路控制步进电机的转动。
当接通电源后，驱动电路会根据输入的控制信号来控制电流的方向和大小，进而驱动步进电机的转动。
控制过程：
1.电源供电：将电源与驱动电路连接，给驱动电路提供电流和电压。
2.信号输入：通过外部控制器输入控制信号，可以使用开关、计算机等设备进行输入。
3.输出控制信号：根据输入的控制信号，驱动电路会根据信号的高低电平来确定电流的方向和大小，控制步进电机的转动。
4.驱动电机转动：驱动电路会控制三相电流进行相序交替流动，通过电流的大小和方向控制步进电机的转动角度。
5.反馈信号检测：在驱动过程中，可以通过传感器等设备采集步进电机的位置信息，反馈给控制器进行闭环控制。
6.控制调节：根据反馈信号对控制信号进行调节，实现更精确的控制和定位。
总结：
三相混合式步进电机驱动器的设计原理和控制过程主要是通过控制电流的方向和大小来驱动步进电机的转动。
整个过程需要电源供电、控制信
号输入、驱动电流输出、反馈信号检测和控制调节等步骤。
这种驱动器具有结构简单、控制精度高等优点，在自动化控制领域有广泛的应用。
三相混合式步进电机驱动器的设计
三相混合式步进电机驱动器的设计作者：季海涛等来源：《电子世界》2013年第13期【摘要】本文提出了一种三相混合式步进电机驱动器的设计，提出了对原有混合式步进电机电流再细分的控制，把整个控制器分为控制器电路、信号调理电路以及三相电机驱动电路三部分组成。
【关键词】步进电机；控制器；信号调制1.引言三相混合式步进电机驱动器的主要目标是控制步进电机的旋转位置，在传统的控制中，对于步进电机控制位置角的控制主要由转子齿数以及定子极对数决定，但是随着电力电子控制技术的进步，以及工业控制对于位置控制的精度要求不断地提高，提出了对原有混合式步进电机电流再细分的控制，这样可使得电流空间转角的步进大大减小，达到控制转子转角（位置）的目的。
为了完成这项任务，在设计中把整个三相混合式步进电机驱动器分成以下控制器电路、信号调理电路以及三相电机驱动电路三个功能模块组成。
2.控制器电路控制器电路主要由单片机组成，用于接收上位机发送的旋转脉冲信号、转向信号以及离合器信号（力矩输出或切断功能），控制混合电机细分数，和电流大小，即输出转矩。
根据上位机发送信号，发送A、B相电流参考值；断电记忆当前位置；电机过流等故障诊断和处理，在设计中需要用到大约20个I/O口，其中有一些I/O接口需要有外部中断功能，主要用于旋转脉冲相应、故障中断等。
控制器电路主要由单片机组成。
接收信号主要是由上位机传递过来的，为了抑制对上位机的电磁干扰，在设计中采用光耦作为电平转换电路。
设计中原先采用6N137光耦，它有一个优点就是能够有控制位/掩码（Mask Bit）能够屏蔽信号输入。
但是，每片芯片只集成一个光耦，而输入信号共有三路，这样需要三片，电路设计中增加了成本和空间，因此改用TLP521-4，它一片集成了4个光耦，提高集成度，降低了成本。
它与6N137相比较只是精简了控制位，这在本设计并不需要。
但是，6N137的带宽上兆，而TLP521的带宽只有5KHz左右。
步进电机控制系统的设计[文献综述]
![步进电机控制系统的设计[文献综述]](https://img.taocdn.com/s3/m/e9a33cfd4b73f242326c5fb6.png)
文献综述电子信息工程步进电机控制系统的设计摘要：步进电机是一种易于精确控制的执行元件，近几年来随着微电子技术的不断发展步进电机的控制方法也随之变得多种多样。
为了提高步进电机控制系统的动态性以及控制精度,本文献因此提出了一系列关于基于现场可编程门阵列（FPGA）和由数字信号处理器（DSP）构成的步进电机控制系统的设计方法。
关键字：现场可编程门阵列（FPGA）；步进电机；数字信号处理器(DSP)；引言20世纪后期随着晶体管的发明逐渐应用于步进电机上，使得对于数字化的控制变得更为容易。
如今的步进电机已广泛运用在高定位精度、高分解能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中[1]。
例如数控机床、计算机设备、自动记录仪等，另外在工业自动化生产线、印刷设备中均有应用。
随着步进电机的应用越来越广泛，步进电机在实时性和灵活性等性能上的要求也越来越高，虽然步进电机的发展迅速，但是在大功率步进电机驱动电源的设计和使用仍然存在问题，很大程度上地限制了大功率步进电机在数控机床、自动控制等技术方面的应用。
一、基本概况步进电机（Stepping Motor）是将电脉冲信号转化为角(线)位移的电元件，当步进驱动器接受脉冲信号后，就会驱动步进电机转动一个固定的角度，即步距角。
因此，通常以通过控制脉冲个数和控制脉冲频率来调节和控制角位移量及电机转动的速度和加速度，从而达到准确的定位和调速的目的。
在非超载的情况下，脉冲信号的频率和脉冲数来决定了电机的转速停止的位置，且不受负载变化的影响。
因此步进电机在速度、位置等控制领域的控制变的非常简单且容易操作。
最早步进电机的原理与今天的反应式步进电机的组成原理基本相同。
随着时代的发展，微型计算机具有多功能的特点，因而步进电动机的控制方式变得灵活和多样。
早期的步进电机的控制系统是分立元件来控制回路，它的缺点是调试安装复杂，要消耗大量元器件，而且定型之后，不容易改变其控制方案。
基于微型计算机的控制系统则是通过软件来控制步进电机，这样能够更好地发挥步进电机的潜力；因此，用微型计算机控制步进电机已经成为一种必然的趋势，并且也符合数字化的时代发展要求。
步进电机控制系统设计
步进电机控制系统设计花同【摘要】基于步进电机原理和单片机控制技术,进行了步进电机控制系统的硬件和软件设计。
系统采用离散方法实现了精确控制步进电机的目的。
单片机采用STC12C5624AD。
在单片机与步进电机之间选用SH2034M型号步进电机驱动器。
并在步进电机的转子上安装了霍尔位置传感器实现了步进电机控制系统的闭环控制。
在软件上给出了步进电机加减速速度控制算法流程图。
实验表明所设计的控制系统具有控制精度高,稳定性好等优点,可应用于无人机器人系统中。
%Based on the stepping motor principle and single-chip microcomputer control technology,hardware and software of the stepping motor control system have been designed.System uses discrete method realizing purpose of the precise control of stepping motor.Microcontroller usesSTC12C5624AD.Step-motor drive chooses SH2034M model between the microcontroller and step-motor.Hall position sensor is installed in the stepping motor rotor realizing the stepping motor control system of closed-loop control.The software is presented on deceleration stepper motor speed control algorithm flow chart.Experiments show that the design of control system has the high control accuracy,good stabilityetc,and can be applied into unmanned robot system.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2011(019)015【总页数】3页(P13-15)【关键词】单片机;细分驱动;升降速;离散控制【作者】花同【作者单位】武警工程学院研究生37队,陕西西安710086【正文语种】中文【中图分类】TP273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]。
三相六拍步进电机控制系统设计
1 引言1.1课程设计任务和要求课程设计任务:设计一个三相步进电机控制系统，设计一个计算机步进电机程序控制系统，可以对步进电机的转速、转向以及位置进行控制。
通过设计，掌握步进电机的工作原理、掌握步进电机控制系统的设计原理、设计步骤，进一步提高综合运用知识的能力。
要求完成的主要任务:（1）设计接口电路和驱动电路，对步进电机进行控制。
（2）选择控制算法，编写控制程序，实现三相步进电机在六拍工作方式下先正转90度，然后再反转60度，要求其速度可调，转向可控。
（3）写出设计说明书。
课程任务要求:（1）查阅资料，确定设计方案（2）选择器件，设计硬件电路，并画出原理图和PCB图（3）画出流程图，编写控制程序（4）撰写课程设计说明书2 步进电机的概述2.1 步进电机的特点1）一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。
2）步进电机外表允许的温度高。
步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。
3）步进电机的力矩会随转速的升高而下降。
当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。
在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。
4）步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。
步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。
在有负载的情况下，启动频率应更低。
如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。
2.2 步进电机的工作原理步进电机是一种用电脉冲进行控制 ,将电脉冲信号转换成相位移的电机,其机械位移和转速分别与输入电机绕组的脉冲个数和脉冲频率成正比,每一个脉冲信号可使步进电机旋转一个固定的角度.脉冲的数量决定了旋转的总角度 ,脉冲的频率决定了电机运转的速度.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”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。
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CHENGNAN COLLEGE OF CUST 工厂电气控制与PLC课程设计题目：三相步进电动机控制系统设计学生姓名：刘深圳学号： 2班级: 工业电气自动化1301班专业：自动化（工业电气自动化）所在院(系): 电气与信息工程系指导教师：贺勇起止日期：2015年12月28日～2016年1月8日目录一. 目的与要求 (3)二．三相步进电机的工作原理 (3)三．方案设计 (5)四．可编程逻辑控制器概述 (6)五. 可编程控制器工作原理 (7)六. 输入输出信号分析与PLC I/O分配图 (8)七. PLC的选型 (9)八. 三相步进电机主电路图 (11)九. 控制流程图 (12)十. 控制方法 (13)十一. 程序设计 (14)十二. 控制面板 (21)十三.运行与调试程序 (21)十四.总结 (22)十五．参考文献 (22)一、目的和要求(1) 用PLC 实现对三相步进电动机的控制(2) 掌握用计时器设计脉宽为一个扫描周期且频率可变的脉冲发生器和用循环移位指令产生时序脉冲的编程方法和技巧(3) 训练能综合各种信号实现某种控制规律的编程思路和方法(4) 掌握PLC 控制系统设计的基本原则和步骤，从而提高应用PLC 的能力二、三相步进电动机工作原理简介：(1) 概述：步进电动机是利用电磁铁的作用原理将电脉冲转变成直线位移或角位移。
在非超载的情况下，电动机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电动机加一个脉冲信号，电动机则转过一个步距角。
这一线性关系的存在，加上步进电动机只有周期性的误差而无累积误差等特点，使得在速度、位置等控制领域用步进电动机来控制变得非常的简单。
步进电动机通常用于数控机床、绘图机、自动控制和记录仪表等。
(2) 结构：图1 是一个三相反应式步进电机结构图。
从图中可以看出，它分成转子和定子两大部分，定子是由硅钢片叠成的，两个相邻定子齿之间的夹角为60°，转子由软磁材料制成。
步进电动机三个励磁绕阻绕过相对的两个定子齿，构成一相（A-A’，B-B’，C-C’），定子齿上有5 个均匀分布的矩形小齿；转子上没有绕组，而有40 个小齿均匀分布在其圆周上。
当某相绕组通电时，相应的两个磁极就分别形成N-S 极，产生磁场，并与转子形成磁路。
如果这时定子的小齿与转子的小齿没有对齐，则在磁场的作用下转子将转动一定的角度，使转子齿与定子齿对齐，从而使步进电机向前“走”一步。
图1 三相步进电动机结构图反应式步进电机的动力来自于电磁力。
在电磁力的作用下，转子被强行推动到最小磁阻的位置(定子小齿和转子小齿对齐的位置)，并处于平衡状态。
对三相步进电机来说，当某一相的磁极处于最小磁阻位置时，另外两相必须处于非最小磁阻位置(定子小齿和转子小齿不对齐的位置)。
把定子小齿与转子小齿对齐的状态称为对齿；把定子小齿和转子小齿不对齐的状态称为错齿。
错齿的存在是步进电机能够旋转的前提。
因为定子齿距角和转子相同，所不同的是，转子的齿是圆周分布的，而定子的齿只分布在磁极上，属于不完全齿。
当某一相处于对持状态时，该相磁极上的定子的所有小齿都与转子上的小齿对齐。
步进电机转动的角度（步距角）的大小与转子的齿数及通电的方式有关，θ＝360°/Z2N其中：θ－步距角，Z2－转子齿数，N－通电脉冲数。
可见步进电机转动的速度与脉冲频率成正比，而转动方向则与脉冲的顺序有关。
(3) 旋转：以三相步进电动机，四齿转子为例，电流脉冲的施加共有三种方式。
1) 单相三拍方式------按单相绕组施加电流脉冲2) 双相三拍方式-----按双相绕组施加电流脉冲3) 三相六拍方式------单相绕组和双相绕组交替施加电流脉冲单相三拍方式的每一拍步进角为30°，三相六拍的步进角则为15°。
因此，在三相六拍下，步进电机的运行平稳柔和，但在同样的运行角度与速度下，三相六拍驱动脉冲的频率需提高一倍，对驱动开关管的开关特性要求较高。
(4) 本实训项目中步进电动机采用三相六拍工作方式。
其工作原理见图2 所示。
① A 相首先通电，转子齿与定子A－A’级对齐(图2 a )。
②在A 相继续通电的情况下接通B 相，这时定子B－B’极对转子齿2－4 产生磁拉力，这时转子的位置如图2b 所示，即转子从图2 a 位置顺时针转过了15°。
③ A 相断电，B 相继续通电。
这时转子齿2－4 和定子B－B’极对齐(图2c)，转子从图2b 的位置又转过了15°。
其位置如图2c 所示。
图2 三相步进电动机动作原理图这样，如果按A-AB-B-BC-C-CA-A 的顺序轮流通电，则转子便顺时针方向一步一步地转动，步距角15°。
电流换接六次，磁场旋转一周，转子前进了一个齿距角。
如果按A-AC-C -CB-B-BA-A 的顺序通电，则电动机转子逆时针方向转动。
（5）步进电机工作方式三相六拍：A-AB-B-BC-C-CA-A三相六拍工作方式时序图三、方案设计在步进电动机控制系统中，步进电动机作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差的特点，广泛应用于各种控制中，根据步进电动机的特点，从制造成本与系统结构复杂程因此具有结构简单、使用方便、可靠性高、制造成本低等优点。
另外，步进电动机受控于脉冲量，它比直流电机或交流电机组成的开环精度高，适用于精度要求不太高的机电一体化伺服传动系统。
输 出负 载 步进电动机 功率驱动器 环形分配器指令脉冲 开环步进电机控制系统框图四． 可编程逻辑控制器概述“PLC 是一种数字运算的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。
它采用可编程的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制器系统联成一体、易于扩充功能的原则设计。
”上述是国际电工对于PLC的定义，其补充说明如下。
以微处理技术为基础，应用于以控制开关量为主，或包括控制过程参量在内的逻辑控制、机电运动控制或过程控制等工业控制领域的新型工业控制装置。
可编程控制器是采用微电子技术来完成各种控制功能的自动化设备，按照预先输入的程序控制现场的执行机构，并按照一定规律进行动作。
其主要功能体现在以下几方面：1．顺序逻辑控制2．运动控制3．定时控制4．计数控制5．步进控制6．数据处理7．模数和数模转换8．通信及联网五可编程控制器的工作原理PLC采用循环扫描的工作方式，在PLC中用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环。
PLC的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。
全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。
当PLC处于停状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。
在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。
1 输入处理输入处理也叫输入采样。
在此阶段，顺序读入所有输入端子的通端状态，并将读入的信息存入内存中所对应的映象寄存器。
在此输入映象寄存器被刷新。
接着进入程序执行阶段。
在程序执行时，输入映象寄存器与外界隔离，即使输入信号发生变化，其映象寄存器的内容也不会发生变化，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入信息。
2 程序执行到程序跳转指令，根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。
从用户程序涉及到输入输出状态时，PLC从输入映象寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态，从输出映象寄存器读出对应映象寄存器，根据用户程序进行逻辑运算，存入有关器件寄存器中。
对每个器件来说，器件映象寄存器中所寄存的内容，会随着程序执行过程而变化。
3 输出处理程序执行完毕后，将输出映象寄存器，即器件映象寄存器中的Y寄存器的状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。
六.输入输出信号分析与PLC I/O分配图步进电机正反转和调速、步数控制输入输出点分配表：PLC I/0配置及端口接线图2七.PLC的选型PLC是20世纪70年代以来以微处理器为核心，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种新型工业自动控制，被广泛应用于各个领域，因为它具有几个突出的特点：可靠性高，抗干扰强；编程简单，易于掌握；功能完善，灵活方便；体积小，质量轻，功耗低。
I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。
存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。
设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。
为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。
PLC选型原则：（一）PLC的类型PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。
从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。
整体型PLC的I/O点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。
（二）输入输出模块的选择输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。
例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。
对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。
输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。
可根据应用要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。
考虑是否需要扩展机架或远程I/O机架等。
（三）电源的选择PLC的供电电源，除了引进设备时同时引进PLC应根据产品说明书要求设计和选用外，一般PLC的供电电源应设计选用220VAC电源，与国内电网电压一致。
重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。
如果PLC本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应设计外接供电电源。
为防止外部高压电源因误操作而引入PLC，对输入和输出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。
（四）存储器的选择由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证应用项目的正常投运，一般要求PLC的存储器容量，按256个I/O点至少选8K存储器选择。