机电一体化 步进电机实验

第1页共1页

机电一体化实验报告

一体化系统设计实验报告学院专业班级学号姓 名指导教师XX年1月12日实验一机电一体化系统的组成实验 目的：以XY简易数控工作台为例，说明机电一体化系统的基本组 成和各模块的特点。实验设备：1台式PC机一台1标准XY工作 台一套1运动控制卡一块1游标卡尺一把实验内容：XY简易数控 工作台是一典型的机电一体化系统，是许多数控加工设备和电子 加工设备的基本部件，XY数控工作台主要由运动控制卡、DC24V 开关电源、步进电机及其驱动器、XY向运动平台、光栅尺和霍尔 限位开关组成，其之间的关系如图

1、1所示。工作原理大致为：运动控制卡接受PC机发出的位

置和轨迹指令，进行规划处理（插补运算），转化成步进电机驱 动器可以接受的指令格式（速度脉冲和方向信号）发给驱动器， 由驱动器进行脉冲环行分配和功率放大从而驱动步进电机，步进 电机经过联轴器、滚动丝杠推动工作台按指定的速度和位移运 动。实验步骤：（1）在XY数控工作台系统中分别找到上述各个 模块，并指出各模块在机电一体化系统中实现哪一模块的功能。 ①运动控制卡：运动控制卡是PCL、CPCL、PXL等总线形成的板 卡，通俗地讲我们可以把它看成一个单片机，有自己的算法，可 以通过V

C、V

B、labview. BCB等语言实现其功能，数控系统即通过运动控 制第1页共1页

卡来实现对机床运动轨迹的控制。②DC24V开关电源：对供电要 求质量比较高的控制设备提供纯净、稳定、没有杂波的直流电 源。③步进电机及其驱动器：步进电机用于驱动数控工作台的X、 Y两个方向的移动；步进电机通过驱动器细分，可减小步距角，从 而提髙步进电机的精确率，实现脉冲分配和功率驱动放大，此外 还可以消除电机的低频振荡、提高电机的输出转矩。④XY向运动 平台：分别传输X、Y两个方向的运动。⑤光栅尺：光栅尺是一种 位移传感器，是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。经常 应用于数控机床的闭环伺服系统中，可用作直线位移或者角位移 的检测。⑥霍尔限位开关：用于限制工作台的运动超出导轨的有 效长度。(2)使用卡尺测量，计算其平均导程P=10 ；观察其循 环器，可知其循环方式为内循环；预紧方式是螺纹调隙式。

第1篇

一、实验目的

1. 了解步进电机的工作原理和驱动方式。

2. 掌握步进电机的控制方法，包括正反转、速度调节和方向控制。

3. 通过实验验证步进电机的性能和稳定性。

二、实验原理

步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移的电动机，其特点是控制精度高、响应速度快、易于控制。步进电机的工作原理基于电磁感应原理，通过控制电流的通断，使电机绕组产生磁场，从而驱动转子旋转。

三、实验仪器与设备

1. 步进电机实验平台

2. 电脑

3. 步进电机驱动器

4. 步进电机

5. 电源

6. 接线端子

四、实验内容

1. 步进电机驱动电路搭建

2. 步进电机正反转控制

3. 步进电机速度调节

4. 步进电机方向控制

5. 步进电机性能测试

五、实验步骤

1. 步进电机驱动电路搭建 （1）将步进电机驱动器与电脑连接，并确保电源连接正常。

（2）根据步进电机驱动器的说明书，将步进电机、电源和连接端子连接到相应的接口。

（3）检查电路连接是否正确，确保无误。

2. 步进电机正反转控制

（1）编写程序实现步进电机正反转控制。

（2）在电脑上运行程序，观察步进电机正反转是否正常。

3. 步进电机速度调节

（1）编写程序实现步进电机速度调节。

（2）在电脑上运行程序，调整速度参数，观察步进电机转速是否改变。

4. 步进电机方向控制

（1）编写程序实现步进电机方向控制。

（2）在电脑上运行程序，观察步进电机旋转方向是否改变。

5. 步进电机性能测试

（1）测试步进电机的空载转速和负载转速。

（2）测试步进电机的步距角和定位精度。

（3）测试步进电机的稳定性。

六、实验结果与分析

1. 步进电机正反转控制

实验结果显示，步进电机正反转控制正常，转速和方向可调。

2. 步进电机速度调节

实验结果显示，步进电机速度调节正常，转速可调。

3. 步进电机方向控制

实验结果显示，步进电机方向控制正常，旋转方向可调。 4. 步进电机性能测试

步进电机实验

步进电机实验

注意事项：

1、系统通电后，身体的任何部位不要进入系统运动可达范围之内；

2、实验中，请严格按照实验步骤进行操作，以防发生意外；

3、实验完成后按下“停止”按钮，使电机停止运行，关闭电源；

4、实验中注意用电安全，如遇紧急情况立即拨动电源开关，切断电源。

一、步进电机调速实验

1、实验目的

1.1熟悉步进电机的工作原理；

1.2了解步进电机调速的方法；

1.3 了解目标频率和转速之间的关系；

1.4 掌握步进调速平台的操作方法。

2、实验设备

1、步进电机测试平台一套

3、实验原理

（1）步进的工作原理

步进电机是一种作为控制用的特种电机，它的旋转是以固定的角度（称为“步距角”）一步一步运行的，广泛应用于开环控制。通过控制步进电机的脉冲频率，可以对电机进行精确调速；控制步进电机的脉冲个数，可以对电机精确定位。

步进电机分三种：永磁式(PM)，反应式(VR)和混合式(HB)。永磁式步进电机一般为两相，转距和体积较小, 步距角一般为7.5°或15°；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步距角一般为1.5°，但噪声和振动都很大。混合式步进电机是混合了永磁式和反应式的优点，可分为两相和五相。两相混合式步进电机步距角一般为1.8°，而五相混合式步进电机步距角一般为0.72°。混合式步进电机的应用最为广泛，本测试平台使用的步进电机即为步距角为1.8°的两相混合式步进电机。 ( 2 ) 步进驱动器的参数及设置

驱动器的细分

步进电机通过细分驱动器的驱动，其步距角变小了，如驱动器工作在10细分状态时，其步距角只为电机固有步距角的十分之一，也就是说，当驱动器工作在不细分的整步状态时，控制系统每发一个步进脉冲，电机转动1.8°；而用细分驱动器工作在10细分状态时，电机只转动了0.18°，这就是细分的基本原理。细分功能究全是由驱动器靠精确控制电机的相电流所产生, 与电机无关。

电流所产生，与电机无关。

机电一体化系统设计课程实验指导书

(可编程控制器原理及工程应用)

实验一 步进电机控制实验

一、实验目的

1、 掌握步进电机工作原理；

2、熟悉对步进电机转向、速度、行程进行控制的方法。

二、实验要求

1、 通过实验，加深并验证学过的理论知识，掌握实验的基本方法和实验原理；

2、 正确使用仪器设备；

3、 认真观察仪器设备的运动方式，独立编写控制程序并进行操作。

4、 学生在实验过程中，应学会独立思考，应用所学专业理论知识分析和解决实验中遇到的具体问题；

三、实验原理

1、步进电机工作原理

步进电机按工作原理可分为电磁式、磁阻式、永磁式、混合式四类。其中混合式步进电机从定子或转子的导磁体来看，它如反应式步进电机，所不同的是它的转子上置有磁钢，反应式转子则无磁钢。从它的磁路内含有永久磁钢这一点来说，又可以说它是永磁式，但因其结构不同，使其作用原理及性能方面，都与永磁式步进电机有明显区别。它好像是反应式和永磁式的结合，所以常称为混合式。混合式步进电机具有驱动电流小，效率高，过载能力强、控制精度高等特点，是目前市面上应用最为广泛的一种步进电机。

左图是两相混合式步进电机的剖面示意图。定子上有两个等分的磁极，相邻两个磁极间的夹角为90°。磁极上面装有控制绕组且联成A、B两相，转子上均匀分布两个齿，齿间距为180°。以A、B表示两相绕组正向电流工作， 、 表示反向电流工作，可实现：

1、两相激励四拍整步运行方式，即AB→ B→ →A 或单相激励的四拍运行方式，即A→B→ → 。

2、八拍半步运行方式，即AB→B→ B→ → → →A →A。

两相混合式步进电机剖面示意图 此外还有1/4步距的运行方式、微步距控制运行方式，这里不一一叙述。本节以八拍半步运行方式为例，讲述其工作原理，从下图可看出，（a）图为当A、B两相同时正向通电时，转子受到两相转矩的矢量和而转至该位置，(b)图为B相通电瞬间时转子的受力情况，(c)图为A相接反向电流，而B相接正向电流时转子受到两相转矩的矢量和而转到该位置，依此类推，可得出八拍半步运行方式（图中只给出了前三拍运行方式）。由此可将该步进电机转矩的大小及工作方式用下图表示出来。图中，当两相同时通电时，转矩由两相转矩矢量合成，比单相转矩要大（约1.414倍）。为使步进电机匀速转动，应保持各拍转矩相等，故应使相电流降低到60%，由于磁路原先有饱合效应，此时每相转矩可能增大到70%左右，两相合成转矩则接近于1。