【正文】 B、 C 各相的時序圖。而且，電機是三拍的工作方式時，其分辨率為 3 度，六拍的工作方式時，分辨率是 度。工作方式是單三拍時通 電時間最短，雙三拍時允許放電時間最短，六拍時通電時間和放電時間最長。三相步進電機可采用三種工作方式：三相單三拍，三相雙三拍，三相單六拍。調(diào)整發(fā)出的脈沖頻率，就可以對步進電機進行調(diào)速。 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(zhuǎn)一步，再發(fā)一個脈沖，它會再轉(zhuǎn)一步。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。 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(shù)學院 畢業(yè)設計 10 本章小結(jié) 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(shù)在步進電機控制中所發(fā)揮的巨大作用。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。對 PLC 提出兩個特性要求。 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(chǎn)生出符合要求的控制脈沖。 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(shù) ， 輸出信號的頻率可以達到數(shù)千赫茲或更高 ， 使得脈沖分配能有很高的分配速度 ， 充分利用步進電機的速度響應能力 ， 提高整個系統(tǒng)的快速性。步進電機的輸出位移量與輸入脈沖個數(shù)成正比 ， 其轉(zhuǎn)速與單位時間內(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電機的各相繞組的相序有關(guān)。 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(xiàn)對步進電機的控制 [9]。而就這兩種電動機而言，五相電動機的 驅(qū)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]。即把轉(zhuǎn)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(shù)學院 畢業(yè)設計 9 有更加優(yōu)越的控制性。隨著電動機本身應用領(lǐng)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。 PLC 技術(shù)在 步進電機控制中 的 應用 隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)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。 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。 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(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三 CPU 的表決式系統(tǒng)。當 PLC 投入運行時，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)運算的結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。 PLC 實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)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。 產(chǎn)生和發(fā)展過程現(xiàn)代社會要求生產(chǎn)廠家對市場的需求做出迅速的反應 ， 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?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)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。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)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(shù)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。由于通過控制脈沖個數(shù)可以很方便的控制步進電機轉(zhuǎn)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。 步進電機在工業(yè)控制領(lǐng)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(guān)鍵產(chǎn)品之一 ， 廣泛應用 在各種家電產(chǎn)品中，例如打印機、磁盤驅(qū)動器、玩具、雨刷 、機械手臂和錄像機等。并且導電按一定的相序電機就能正反轉(zhuǎn)被控制 —— 這是步進電機旋轉(zhuǎn)的物理條件。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(qū)動的基本理論依據(jù) [5]。往往采用 AABBBC－ CCAA 這種導電狀態(tài)，所以本設計采用三相六拍。而方向由導電順序決定。如 按 A， C， B， A?? 通電，電機就反轉(zhuǎn)。如 C 相通電， A， B 相不通電，齒 3 應與 C 對齊，此時轉(zhuǎn)子又向右移過 1/3? ，此時齒 4 與 A 偏移為 1/3? 對齊。就是 A，齒 5 就是齒 1）如圖： 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設計 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，由于磁場 作用，齒 1 與 A 對齊 ，（轉(zhuǎn)子不受任何力，以下均同）。 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 相對齊， B 與齒 2 向右錯開 1/3? ， C 與齒 3 向右錯 開 2/3? ， A39。如果要使電機達到高速轉(zhuǎn)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]。 步進電機有一個技術(shù)參數(shù)：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(zhuǎn)。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。 3） 步進電機的力矩會隨 轉(zhuǎn)速的升高而下降。 步進電機主要 特點 1） 一般步進電機的精度為步進角的 35%， 且不累積。 鉗制轉(zhuǎn)矩是指步進電機沒有通電的情況 下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。由于步進電機的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進電機最重要的參數(shù)之一。 保持轉(zhuǎn)矩是指步進電機通電但沒有轉(zhuǎn)動時，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。在沒有細分驅(qū)動器時，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進電機來滿足自己步距角的 要求。 /176。 /176。/176。 步進電機的相數(shù)是指電機內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進電機。 步進電機的基本參數(shù) 步距角 它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖信號，電機所轉(zhuǎn)動的角度。如圖所示： 圖 22 A相通電定轉(zhuǎn)子錯開示意圖 電機的位置和速度由繞組通電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一對應關(guān)系。定子的每對極上都繞有一對繞組，構(gòu)成一相繞組，共三相稱為 A、 B、C 相。 三相反應式步進電機的結(jié)構(gòu)如圖所示。 3） 混合式步進電機是指混合了永磁式和反應式的優(yōu)點，它又分為兩相和五相。 步進電機的分類 1） 永磁式步進電機一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為 度或 15度。因此 ， 步進電動機的上述特點 ， 使得由它和驅(qū)動控制器組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng) ， 既具有較高 的控制精度 ， 良好的控制性能 ， 又能穩(wěn)定可靠地工作。另外 ， 步進電動機動態(tài)響應快 ， 控制性能好 ， 只要改變輸入脈沖的順序 ， 就能方便地改變其旋轉(zhuǎn)方向。 步進電動機由此而得名。然而 ， 由于電動機的工作原理和其它電動機有很大的差別 ， 具有其它電動機所沒有的特性。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設計 4 第 2 章 步進電機及 PLC 簡介 步 進電機 簡介 步進電動機是一種將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)換成機械角位移或者線位移的數(shù)模轉(zhuǎn)換元件。圍繞這兩個主要方面 ， 可提出具體的控制要求如下 : 1） 可正轉(zhuǎn)運行或反轉(zhuǎn)運行 ； 2） 系統(tǒng)上電后，賦一個初始速度值； 3） 步進速度 可手動 變速 ； 本章小結(jié) 本章闡述了此次設計的背景，即步進電機的發(fā)展狀況，和步進電機在工業(yè)自動化生產(chǎn)中的重大作用。而現(xiàn)在的可編程控制器 (通常稱 PLC) 是一種工業(yè)控制計算機 ， 具有模塊化結(jié)構(gòu)、配置靈活 、 高速的處理速度、精確的數(shù)據(jù)處理能力、多種控制功能、網(wǎng)絡技術(shù)和優(yōu)越的性價比等性能 ， 能充分適應工業(yè)環(huán)境 ， 簡單易懂 ， 操作方便 ， 可靠性高 ， 是目前廣泛應用的控制裝置之一。步進電機具有轉(zhuǎn)子慣 量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點 ， 已成為運動控制領(lǐng)域的主要執(zhí)行元件之一。 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設計 3 系統(tǒng)設計的 任務 步進電機具有較好的控制性能，其啟動、停車、反轉(zhuǎn)及其它任何運行方式的改變都可在少數(shù)脈沖內(nèi)完成，且可獲得較高的控制精度，因而得到了廣泛的應用。）不一樣，用戶改變這種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不是很容易的，這就使得兩種機型并存的局面難以在較短時間內(nèi)改變。）與典型的磁阻式電動機的步距角（ 176。盡管新的混合式步進電動機完全可能替代磁阻式電動機，但磁阻式電動機的整機獲得了 長期應用，對于它的技術(shù)也較為熟悉，特別是典型的混合式步進電動機的步距角（ 176。而就這兩種電動機而言，五相電動機的驅(qū)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。 發(fā)展趨勢之四，向五相和三相電動機方向發(fā)展。同樣機座號的電動機，方形的力矩比圓形的將提高 30％～ 40％ 發(fā)展趨勢之三，對電動機進行綜合設計。 發(fā)展趨勢之二，是改圓形電動機為方形電動機。因此，當前最有發(fā)展前景的當屬混合式步進電動機，而混合式電動機又向以下四個方向發(fā)展： 發(fā)展趨勢一， 隨著電動機本身應用領(lǐng)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，在 5 42 機座號的電動機應用了多年后，現(xiàn)在其機座號向 3 3 25 方向向下延伸。 6） 連續(xù)運轉(zhuǎn)時，由于三相步進電動機結(jié)構(gòu)原因，磁通和電流的三次諧波被消除了，所以三相電動機的振動力矩比二相電動機的要小 .結(jié)論是顯而易見的 [2]。 4） 三相電動機連續(xù) 2 步用于半步的轉(zhuǎn)矩差比二相電動機的要小。 2） 三相電動機的兩相勵磁最大保持力矩為 3T1（ T1 為單相勵磁轉(zhuǎn)矩）