【文章內(nèi)容簡介】 的退磁點(diǎn)都在攝氏 130 度以上，有的甚至高達(dá)攝氏 200 度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏 8090 度完全正常。 3） 步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨 轉(zhuǎn)速的升高而下降。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢；頻率越高，反向電動(dòng)勢越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。 4） 步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但若高于一定速度就無法啟動(dòng)，并伴有嘯叫聲。 步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載 的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng) 有加速過程，即啟動(dòng)頻率 較低，然后按一定加速度升 到所希望的高頻 [4]。 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)原理 結(jié)構(gòu) 電機(jī)轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個(gè)勵(lì)磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯(cuò)開。 0? 、 1/3? 、 2/3?（相鄰兩轉(zhuǎn)子齒軸線間的距離為齒距以 ? 表示），即 A 與齒 1 相對(duì)齊， B 與齒 2 向右錯(cuò)開 1/3? ， C 與齒 3 向右錯(cuò) 開 2/3? ， A39。與齒 5 相對(duì)齊，（ A39。就是 A，齒 5 就是齒 1）如圖： 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 圖 23 定轉(zhuǎn)子的展開圖 旋轉(zhuǎn) 三相如 A 相通電， B， C 相不通 電時(shí)，由于磁場 作用，齒 1 與 A 對(duì)齊 ，（轉(zhuǎn)子不受任何力，以下均同）。 如 B 相通電， A， C 相不通電時(shí)，齒 2 應(yīng)與 B 對(duì)齊， 此時(shí)轉(zhuǎn)子向右移 過 1/3? ，此時(shí)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(yīng)與 C 對(duì)齊，此時(shí)轉(zhuǎn)子又向右移過 1/3? ，此時(shí)齒 4 與 A 偏移為 1/3? 對(duì)齊。如 A 相通電， B， C 相 不通電， 齒 4 與 A 對(duì) 齊，轉(zhuǎn)子又向右移過 1/3? 這樣經(jīng)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(jī)轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距，如果不斷地按 A， B， C， A??通電，電機(jī)就每步（每脈沖） 1/3? ， 向右旋轉(zhuǎn)。如 按 A， C， B， A?? 通電，電機(jī)就反轉(zhuǎn)。 由此可見， 電機(jī)的位置和速度由導(dǎo)電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。而方向由導(dǎo)電順序決定。不過，出于對(duì)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(dǎo)電狀態(tài)，所以本設(shè)計(jì)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(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)的基本理論依據(jù) [5]。 不難推出：電機(jī)定子上有 m 相勵(lì)磁繞阻，其軸線分別與轉(zhuǎn)子齒軸線偏移 1/m，2/m?? (m1)/m， 1。并且導(dǎo)電按一定的相序電機(jī)就能正反轉(zhuǎn)被控制 —— 這是步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的物理?xiàng)l件。只要符合這 一條件我們理論上可以制造任何相的步進(jìn)電機(jī)，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(jìn)電機(jī)在工業(yè)控制領(lǐng)域的主要應(yīng)用 步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一 ， 廣泛應(yīng)用 在各種家電產(chǎn)品中，例如打印機(jī)、磁盤驅(qū)動(dòng)器、玩具、雨刷 、機(jī)械手臂和錄像機(jī)等。另外步進(jìn)電機(jī)也廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中。由于通過控制脈沖個(gè)數(shù)可以很方便的控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的角位移，且步進(jìn)電機(jī)的誤差不積累，可以達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。還可以通過控制頻率很方便的改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和加速度，達(dá)到任意調(diào)速的目的，因此步進(jìn)電機(jī)可以廣泛的應(yīng)用于各種開環(huán)控制系統(tǒng)中 [6]。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 PLC 的發(fā)展概述 可編程控制器 (簡稱 PLC) 是種 數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng) ， 是在 20 世紀(jì) 60 年代末面向工業(yè)環(huán)境由美國科學(xué)家首先研制成功的。它采用可編程序的存儲(chǔ)器 ，其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令 ， 并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出 ， 控各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備 ， 都是按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)的。PLC 自產(chǎn)生至今只有 30 多年的歷史 ， 卻得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用 ， 成為當(dāng)代 工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一。 產(chǎn)生和發(fā)展過程現(xiàn)代社會(huì)要求生產(chǎn)廠家對(duì)市場的需求做出迅速的反應(yīng) ， 生產(chǎn)出小批量、多品種、多 規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)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?nèi)ふ乙环N新的控制裝置取而代之。 PLC 實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)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(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、 I/O 以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。當(dāng) PLC 投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序， 經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。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(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。 為了進(jìn)一步提高 PLC 的可靠性，近年來對(duì)大型 PLC 還采用雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三 CPU 的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè) CPU 出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。 2） 存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)軟件的存 儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器 [7]。 PLC 技術(shù)在 步進(jìn)電機(jī)控制中 的 應(yīng)用 隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，可編程序控制器有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，其功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(dòng)機(jī)本身應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬以及各類整機(jī)的不斷小型化，要求與之配套的電動(dòng)機(jī)也必須越來越小。對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。即把轉(zhuǎn)子位置傳感器 ， 減速齒輪等和電動(dòng)機(jī)本體綜合設(shè)計(jì)在一起 ， 這樣使其能方便地組成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng) ， 因而具湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 有更加優(yōu)越的控制性。向五相和三相電動(dòng)機(jī)方向發(fā)展，目前廣泛應(yīng)用的二相和四相電動(dòng)機(jī)，其振動(dòng)和噪聲較大，而五相和三相電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)勢性。而就這兩種電動(dòng)機(jī)而言，五相電動(dòng)機(jī)的 驅(qū)動(dòng)電路比三相電動(dòng)機(jī)復(fù)雜，因此三相電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的 性能價(jià)格比要比五相電動(dòng)機(jī)更好一些 [8]。 目前利用可編程序控制器（即 PLC 技術(shù)）可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)速度和位置的控制，方便地進(jìn)行各種步進(jìn)電機(jī)的操作，完成各種復(fù)雜的工作，它代表了先進(jìn)的工業(yè)自動(dòng)化革命，加速了機(jī)電一體化的實(shí)現(xiàn)。 用 PLC 對(duì)步進(jìn)電機(jī)也具有良好的控制能力，利用其高速脈沖輸出功能或運(yùn)動(dòng)控制功能，現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制 [9]。 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件 ， 每當(dāng)對(duì)其施加一個(gè)電脈沖時(shí) ， 其輸出軸便轉(zhuǎn)過一個(gè)固定的角度。步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量與輸入脈沖個(gè)數(shù)成正比 ， 其轉(zhuǎn)速與單位時(shí)間內(nèi)輸入的脈沖數(shù) (即脈沖頻率 )成正比 ，其轉(zhuǎn)向與脈沖分配到步進(jìn)電機(jī)的各相繞組的相序有關(guān)。所以只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率及電機(jī)繞組通電的相序 ， 便可控制步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量、速度和轉(zhuǎn)向 [10]。 PLC 直接控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)由 PLC 和步進(jìn)電機(jī)組成 ， PLC 具有實(shí)時(shí)刷新技術(shù) ， 輸出信號(hào)的頻率可以達(dá)到數(shù)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(jìn)電機(jī)的速度響應(yīng)能力 ， 提高整個(gè)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(jìn)電機(jī)各相繞組數(shù) 10V 級(jí)脈沖電壓、1A 級(jí)脈沖電流的驅(qū)動(dòng)要求 [11]。 有以上步進(jìn)電機(jī)的工作原理以及工作方式我們可以看出： 控制步進(jìn)電機(jī)最重要的就是要產(chǎn)生出符合要求的控制脈沖。 三菱 PLC 本身帶有高速脈沖計(jì)數(shù)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(jìn)電動(dòng)機(jī)的要求。對(duì) PLC 提出兩個(gè)特性要求。一是在此應(yīng)用的 PLC 最好是具有實(shí)時(shí)刷新技術(shù)的 PLC， 使輸出信號(hào)的頻率可以達(dá)到數(shù)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(jìn)電機(jī)的速度響應(yīng)能力 ， 提高整個(gè)系統(tǒng)的快速性。二是 PLC 本身的輸出端口應(yīng)該采用大功率晶體管 ， 以滿足步進(jìn)電機(jī)各 相繞組數(shù)十伏脈沖電壓、數(shù)安培脈沖電流的驅(qū)動(dòng)要求 [12]。 如下圖所示 ： 圖 24 步進(jìn)電機(jī)的 PLC 直接控制 PLC 步進(jìn)電機(jī) 輸入信號(hào) 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 本章小結(jié) 本章闡述了步進(jìn)電機(jī)的主要特點(diǎn)與工作原理 ，并介紹了 PLC 的發(fā)展?fàn)顩r以及PLC 技術(shù)在步進(jìn)電機(jī)控制中所發(fā)揮的巨大作用。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 第 3 章 PLC 控制步進(jìn)電機(jī)工作方式的選擇 常見的步進(jìn)電機(jī)的工作方式 常見的步進(jìn)電機(jī)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(shí)序圖 ： AB BC CA AB 圖 32 三相雙三拍工作方式時(shí)序圖 ： A AB B BC C CA A 圖 33 三相六拍工作方式時(shí)序圖 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 步進(jìn)電機(jī) 控制原 理 控制步進(jìn)電機(jī)換向順序 通電換向這一過程稱為脈沖分配。例如：三相步進(jìn)電機(jī)的三相三拍工作方式，其各相通電順序?yàn)?ABCD， 通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制 A、B、 C、 D 相的通斷。 控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向 如果給定工作方式正序換相通電 ，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。 控制步進(jìn)電機(jī)的速度 如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。兩