【文章內容簡介】 的退磁點都在攝氏 130 度以上，有的甚至高達攝氏 200 度以上，所以步進電機外表溫度在攝氏 8090 度完全正常。 3） 步進電機的力矩會隨 轉速的升高而下降。當步進電機轉動時，電機各相繞組的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，電機隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導致力矩下降。 4） 步進電機低速時可以正常運轉，但若高于一定速度就無法啟動，并伴有嘯叫聲。 步進電機有一個技術參數：空載啟動頻率，即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉。在有負載 的情況下，啟動頻率應更低。如果要使電機達到高速轉動，脈沖頻率應 有加速過程，即啟動頻率 較低，然后按一定加速度升 到所希望的高頻 [4]。 反應式步進電機原理 結構 電機轉子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個勵磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉子齒軸線錯開。 0? 、 1/3? 、 2/3?（相鄰兩轉子齒軸線間的距離為齒距以 ? 表示），即 A 與齒 1 相對齊， B 與齒 2 向右錯開 1/3? ， C 與齒 3 向右錯 開 2/3? ， A39。與齒 5 相對齊，（ A39。就是 A，齒 5 就是齒 1）如圖： 湖南電氣職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計 7 圖 23 定轉子的展開圖 旋轉 三相如 A 相通電， B， C 相不通 電時，由于磁場 作用，齒 1 與 A 對齊 ，（轉子不受任何力，以下均同）。 如 B 相通電， A， C 相不通電時，齒 2 應與 B 對齊， 此時轉子向右移 過 1/3? ，此時齒 3 與 C 偏移為 1/3? ，齒 4 與 A 偏移 （ ? 1/3? ） =2/3? 。如 C 相通電， A， B 相不通電，齒 3 應與 C 對齊，此時轉子又向右移過 1/3? ，此時齒 4 與 A 偏移為 1/3? 對齊。如 A 相通電， B， C 相 不通電， 齒 4 與 A 對 齊，轉子又向右移過 1/3? 這樣經過 A、 B、 C、 A 分別通電狀態(tài)，齒 4（即齒 1 前 一齒）移到 A 相，電機轉子向右轉過一個齒距，如果不斷地按 A， B， C， A??通電，電機就每步（每脈沖） 1/3? ， 向右旋轉。如 按 A， C， B， A?? 通電，電機就反轉。 由此可見， 電機的位置和速度由導電次數（脈沖數）和頻率成一一對應關系。而方向由導電順序決定。不過，出于對力矩、平穩(wěn)、噪音及減少角度等方面考慮。往往采用 AABBBC－ CCAA 這種導電狀態(tài)，所以本設計采用三相六拍。這樣將原來每步 1/3? 改變?yōu)?1/6? 。甚至于通過二相電流不同的 組合，使其 1/3? 變?yōu)?/12? ， 1/24? ，這就是電機細分驅動的基本理論依據 [5]。 不難推出：電機定子上有 m 相勵磁繞阻，其軸線分別與轉子齒軸線偏移 1/m，2/m?? (m1)/m， 1。并且導電按一定的相序電機就能正反轉被控制 —— 這是步進電機旋轉的物理條件。只要符合這 一條件我們理論上可以制造任何相的步進電機，出于成本等多方面考慮，市場上一般以二、三、四、五相為多。 步進電機在工業(yè)控制領域的主要應用 步進電機作為執(zhí)行元件，是機電一體化的關鍵產品之一 ， 廣泛應用 在各種家電產品中，例如打印機、磁盤驅動器、玩具、雨刷 、機械手臂和錄像機等。另外步進電機也廣泛應用于各種工業(yè)自動化系統(tǒng)中。由于通過控制脈沖個數可以很方便的控制步進電機轉過的角位移，且步進電機的誤差不積累，可以達到準確定位的目的。還可以通過控制頻率很方便的改變步進電機的轉速和加速度，達到任意調速的目的，因此步進電機可以廣泛的應用于各種開環(huán)控制系統(tǒng)中 [6]。 湖南電氣職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計 8 PLC 的發(fā)展概述 可編程控制器 (簡稱 PLC) 是種 數字運算操作的電子系統(tǒng) ， 是在 20 世紀 60 年代末面向工業(yè)環(huán)境由美國科學家首先研制成功的。它采用可編程序的存儲器 ，其內部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、計數和算術運算等操作指令 ， 并通過數字的、模擬的輸入和輸出 ， 控各種類型的機械或生產過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備 ， 都是按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一體、易于擴充其功能的原則設計的。PLC 自產生至今只有 30 多年的歷史 ， 卻得到了迅速發(fā)展和廣泛應用 ， 成為當代 工業(yè)自動化的主要支柱之一。 產生和發(fā)展過程現代社會要求生產廠家對市場的需求做出迅速的反應 ， 生產出小批量、多品種、多 規(guī)格、低成本和高質量的產品。老式的繼電器控制系統(tǒng)已無法滿足這一要求 ， 迫使人們去尋找一種新的控制裝置取而代之。 PLC 實質是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同 : 1） 中央處理單元 (CPU)是 PLC 的控制中樞。它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據；檢查電源、存儲器、 I/O 以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當 PLC 投入運行時，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態(tài)和數據，并分別存入 I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序， 經過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數運算的結果送入 I/O 映象區(qū)或數據寄存器內。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。 為了進一步提高 PLC 的可靠性，近年來對大型 PLC 還采用雙 CPU 構成冗余系統(tǒng)，或采用三 CPU 的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個 CPU 出現故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。 2） 存儲器存放系統(tǒng)軟件的存 儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器 [7]。 PLC 技術在 步進電機控制中 的 應用 隨著微電子技術和計算機技術的發(fā)展，可編程序控制器有了突飛猛進的發(fā)展，其功能已遠遠超出了邏輯控制、順序控制的范圍。繼續(xù)沿著小型化的方向發(fā)展。隨著電動機本身應用領域的拓寬以及各類整機的不斷小型化，要求與之配套的電動機也必須越來越小。對電動機進行綜合設計。即把轉子位置傳感器 ， 減速齒輪等和電動機本體綜合設計在一起 ， 這樣使其能方便地組成一個閉環(huán)系統(tǒng) ， 因而具湖南電氣職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計 9 有更加優(yōu)越的控制性。向五相和三相電動機方向發(fā)展，目前廣泛應用的二相和四相電動機，其振動和噪聲較大，而五相和三相電動機具有優(yōu)勢性。而就這兩種電動機而言，五相電動機的 驅動電路比三相電動機復雜，因此三相電動機系統(tǒng)的 性能價格比要比五相電動機更好一些 [8]。 目前利用可編程序控制器（即 PLC 技術）可以方便地實現對電機速度和位置的控制，方便地進行各種步進電機的操作，完成各種復雜的工作，它代表了先進的工業(yè)自動化革命，加速了機電一體化的實現。 用 PLC 對步進電機也具有良好的控制能力，利用其高速脈沖輸出功能或運動控制功能，現對步進電機的控制 [9]。 步進電機是一種將電脈沖信號轉換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件 ， 每當對其施加一個電脈沖時 ， 其輸出軸便轉過一個固定的角度。步進電機的輸出位移量與輸入脈沖個數成正比 ， 其轉速與單位時間內輸入的脈沖數 (即脈沖頻率 )成正比 ，其轉向與脈沖分配到步進電機的各相繞組的相序有關。所以只要控制指令脈沖的數量、頻率及電機繞組通電的相序 ， 便可控制步進電機的輸出位移量、速度和轉向 [10]。 PLC 直接控制步進電機系統(tǒng)由 PLC 和步進電機組成 ， PLC 具有實時刷新技術 ， 輸出信號的頻率可以達到數千赫茲或更高 ， 使得脈沖分配能有很高的分配速度 ， 充分利用步進電機的速度響應能力 ， 提高整個系統(tǒng)的快速性。并且 ， PLC 有采用大功率晶體管的輸出端口 ， 能夠滿足步進電機各相繞組數 10V 級脈沖電壓、1A 級脈沖電流的驅動要求 [11]。 有以上步進電機的工作原理以及工作方式我們可以看出： 控制步進電機最重要的就是要產生出符合要求的控制脈沖。 三菱 PLC 本身帶有高速脈沖計數器和高速脈沖發(fā)生器，其發(fā)出的頻率最大為 10KHz，能夠滿足步進電動機的要求。對 PLC 提出兩個特性要求。一是在此應用的 PLC 最好是具有實時刷新技術的 PLC， 使輸出信號的頻率可以達到數千赫芝或更高。其目的是使脈沖能有較高的分配速度 ， 充分利用步進電機的速度響應能力 ， 提高整個系統(tǒng)的快速性。二是 PLC 本身的輸出端口應該采用大功率晶體管 ， 以滿足步進電機各 相繞組數十伏脈沖電壓、數安培脈沖電流的驅動要求 [12]。 如下圖所示 ： 圖 24 步進電機的 PLC 直接控制 PLC 步進電機 輸入信號 湖南電氣職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計 10 本章小結 本章闡述了步進電機的主要特點與工作原理 ，并介紹了 PLC 的發(fā)展狀況以及PLC 技術在步進電機控制中所發(fā)揮的巨大作用。 湖南電氣職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計 11 第 3 章 PLC 控制步進電機工作方式的選擇 常見的步進電機的工作方式 常見的步進電機的工作方式有以下三種 ： ： A B C A 圖 31 三相單三拍工作方式時序圖 ： AB BC CA AB 圖 32 三相雙三拍工作方式時序圖 ： A AB B BC C CA A 圖 33 三相六拍工作方式時序圖 湖南電氣職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計 12 步進電機 控制原 理 控制步進電機換向順序 通電換向這一過程稱為脈沖分配。例如：三相步進電機的三相三拍工作方式，其各相通電順序為 ABCD， 通電控制脈沖必須嚴格按照這一順序分別控制 A、B、 C、 D 相的通斷。 控制步進電機的轉向 如果給定工作方式正序換相通電 ，步進電機正轉，如果按反序通電換相，則電機就反轉。 控制步進電機的速度 如果給步進電機發(fā)一個控制脈沖，它就轉一步，再發(fā)一個脈沖，它會再轉一步。兩