【正文】 失步現(xiàn)象，必須對控制系統(tǒng)和機械負載采取相應的措施。6）速度可在相當寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，低速下仍能保證獲得大轉(zhuǎn)矩。8）一般步進電機的精度為步進角的35%，且不累積。10）步進電機的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。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。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)。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] 步進電機的基本參數(shù) 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。 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。/176。/176。/176。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。 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。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。 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。 步進電機的工作原理及分類步進電動機或稱脈沖電動機，是一種將電脈沖信號變換成相應的角位移或直線位移的機電執(zhí)行元件。輸入一個電脈沖，電動機就轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“一步”，這個固定的角度稱為步距角。從步進電動機定子繞組所加的電源形式來看，與一般交流和直流電動機不同，既不是正弦波，也不是恒定直流，而是脈沖電壓、電流，所以有時也稱為脈沖電動機或電脈沖馬達。當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的。步進電動機的工作原理實際上是電磁鐵的作用原理。按結(jié)構(gòu)分為單段式（徑向式）、多段式（軸向式）、印刷繞組式。按運動方式：旋轉(zhuǎn)運動、直線運動、平面運動和滾切運動按工作原理：反應式（磁阻式）、永磁式、永磁感應子式（混合式）。2）反應式步進電機一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，但噪聲和振動都很大。 。另外步進電機也廣泛應用于各種工業(yè)自動化系統(tǒng)中。還可以通過控制頻率很方便的改變步進電機的轉(zhuǎn)速和加速度，達到任意調(diào)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。本設計選用西門子S7200 PLC通過控制驅(qū)動器來控制步進電機。相電阻30Ω，相電感37mH，cm2，軸徑5mm，引線4條，機身長56mm [4]。轉(zhuǎn)子由環(huán)形磁鋼和兩段鐵芯組成，環(huán)形磁鋼在轉(zhuǎn)子中部，軸向充磁，兩段鐵芯分別裝在磁鋼的兩端，使得轉(zhuǎn)子軸向分為兩個磁極。線圈7串聯(lián)組成A相繞組；線圈8串聯(lián)組成B相繞組。驅(qū)動器的作用是對控制脈沖進行環(huán)形分配、功率放大，使步進電機繞組按一定順序通電，控制電機轉(zhuǎn)動。該型號驅(qū)動器的特點：1）平均電流控制，兩相正弦電流驅(qū)動輸出2）直流14～40VDC供電3）光電隔離信號輸入/輸出4）有過壓、欠壓、過流、相間短路保護功能5）8檔細分和自動半流功能6）8檔輸出相電流設置7）具備脫機功能8）啟動轉(zhuǎn)速高9）高速力矩大 步進電機驅(qū)動技術(shù)驅(qū)動器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖43所示：圖43 驅(qū)動器內(nèi)部結(jié)構(gòu)接口電路用光電隔離方式將運動控制器和驅(qū)動器連接起來，避免驅(qū)動器中的大電流干擾信號經(jīng)地線竄入運動控制器電路。功率放大器將電源功率轉(zhuǎn)換為電機輸出功率驅(qū)動負載運動。當控制繞組有電流通過時，便產(chǎn)生磁動勢，它與永久磁鋼產(chǎn)生的磁動勢相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生步進運動。由于兩段轉(zhuǎn)子鐵芯上的小齒相互錯開半個齒距，在轉(zhuǎn)子S極端， 磁極1和5產(chǎn)生的S極磁場，排斥轉(zhuǎn)子S極，與轉(zhuǎn)子正好是齒對槽，磁極3和7齒面產(chǎn)生N極磁場，吸引轉(zhuǎn)子S極，使得齒對齒。如圖45所示。/50=176。 A相通電時定轉(zhuǎn)子齒展開圖畫圓圈的地方，176。磁力線是沿轉(zhuǎn)子N端→A(1)S磁極→導磁環(huán)→A(3)N磁極→ 轉(zhuǎn)子S端→轉(zhuǎn)子N端，成一閉合曲線。實現(xiàn)磁極2和轉(zhuǎn)子齒對齒，B相繞組通電定轉(zhuǎn)子齒展開圖如圖5所示，此時磁極3和轉(zhuǎn)子齒有1/4齒距的錯位。176。/176。如圖46所示。[5]。具體參數(shù)參照附錄。西門子PLC本身帶有高速脈沖計數(shù)器和高速脈沖發(fā)生器，其發(fā)出的頻率最大為10KHz，能夠滿足步進電動機的要求。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。利用PLC輸出脈沖信號，通過驅(qū)動器驅(qū)動步進電機。當步進電機各相繞組的通電順序按 ：A+—B+—A—B導通斷開時，步進電機正轉(zhuǎn)。每當步進電機走一步，環(huán)形脈沖分配程序的步數(shù)減一，當步數(shù)減為零時，停止環(huán)形脈沖分配，等待下一次的脈沖輸入。本設計中的輸入/輸出點地址分配地址如表41所示：表41 I/O端口分配表輸入點符號輸出點符號啟動信號START脈沖輸出信號方向選擇信號方向控制信號 控制電機方向轉(zhuǎn)動。=0，電機順時針轉(zhuǎn)動。硬件電路用西門子PLC、驅(qū)動器和步進電機設計而成。在本次設計中，利用軟硬件結(jié)合，實現(xiàn)對步進電機工作狀態(tài)的控制。通過設定不同計時器的數(shù)值，來改變步進電機的工作頻率。參考文獻[1] 劉順禧，《電氣控制技術(shù)》，北京：北京理工大學出版社，1995[2] 束長保，《PLC應用實踐》，東南大學出版社，[3] 張如萍，《 電氣控制與PLC》，無錫科技職業(yè)學院，2011.[4] 羅宇航主編，《流行PLC實用程序及設計》， 西安：西安電子科技大學出版社，2006.[5] 鄧星鐘等編著 《機電傳動與控制》（第四版）. 華中科技大學出版社2007年7月第4版[6] 宋伯生編著 《PLC編程理論、算法及技巧》. 機械工業(yè)出版社 2005年7月[7] 吳作明編著 《PLC開發(fā)與應用實例詳解》. 北京航空航天大學出版社 [8] 程明編著 《微特電機及系統(tǒng)》. 中國電力出版社 2009年6月[9] 李明編著 《電機與電力拖動》. 電子工業(yè)出版社出版致謝在本次設計中，機電學院的武彩霞老師給我提供了良好的設計條件和細心的指導。在導師的指導和幫助下，我順利地完成了這次設計任務，在此向武老師致以最誠摯的感謝！雖然畢業(yè)設計已經(jīng)完成了，但是，由于自己所學的知識有限，在很多方面還不夠全面，我希望在以后的工作和專業(yè)發(fā)展中，導師能繼續(xù)給以指導和幫助。最后，我要感謝我的父母在這三年中給予我的默默支持，以及母校無錫科技職業(yè)學院在這三年中給我提供了舒適的學習生活環(huán)境以及濃厚的學術(shù)氛圍。附錄電氣性能說明單位最小值典型值最大值輸出電流A2輸入電源電壓VDC122436控制信號輸入電流mA71016步進脈沖頻率KHz100脈沖低電平時間μs5表01 的電氣性能表電流輸出設定輸出峰值電流（A）SW1SW2SW3ONONONOFFONONONOFFONOFFOFFONONONOFFOFFONOFFONOFFOFFOFFOFFOFF表02 DMD402A 電流輸出設定表細分設定步數(shù)/圈MicroSW5SW6SW7SW82001ONONONON4002OFFONONON8004ONOFFONON16008OFFOFFONON320016ONONOFFON640032OFFONOFFON1280064ONOFFOFFON25600128OFFOFFOFFON表03 DMD402A細分設定表輸入信號接口功能符號標記功能詳細說明PLS步進脈沖信號下降沿有效，每當脈沖由高變低時電機走一步?！艿碗娖健?≤高電平≤,脈寬VCC輸入信號光電隔離正端接+5V供電電源，+5V～+24均可驅(qū)動，高于+5V需接限流電阻。表04