三相六拍步进电机课程设计报告

湖北汽车工业学院数字电子技术课程设计报告一、步进电机相关知识介绍步进电机是一种数字信号控制的传动机构，若在其输入端加入一个脉冲信号，该电动机就会转动一个角度或移动一定距离。

步进电机由转子和定子两部分组成。

在定子的6个磁极上分别绕有绕组，对称的绕组形成一相绕组，三相电机有A、B、C三相绕组。

每给一相绕组通电一次称为一拍。

三相六拍步进电机的工作的次序为A—AB—B—BC—C—CA—A。

步进电机每步旋转的角度大小，称为步距角。

它是由电动机本身转子的齿数和每一个通电循环内通电节拍决定的。

本次课程设计采用转子为4个齿的步进电机，三相六拍模式的步距角为15°。

脉冲信号按规定的方式分配给步进电机各相绕组，使各相绕组轮流接受脉冲信号的控制，通常是由环形分配器来实现的。

实现这种分配方式的电路称为环形分配器。

它是一个中间转换环节，前面与脉冲振荡器相接，后面接功率驱动器。

三者组成了步进电机的驱动电路。

环形脉冲分配器的设计是驱动电路设计的第一步，也就是本次课程设计的重点和难点。

环形分配器目前逐步走向集成电路化，各种相数的步进电机环形分配器的集成块市场已有出售，但采用各种门电路和常用芯片组成的环形分配器仍普遍应用。

此次课程设计要求运用数字电路设计一个三相六拍步进电机控制器，其意义便在于此。

二、方案设计1.电路设计要求对三相六拍步进电机的控制，主要分为两个方面：三相绕组的接通与断开顺序控制。

即：正转顺序：A-AB-B-BC-C-CA-A：反转顺序：A-AC-C-CB-B-BA-A以及每个步距角的行进速度。

围绕这两个主要方面，可提出具体的控制要求如下：（1）可正转起动或反转起动；（2）运行过程中，点击能够正转、反转、保持；（3）可使用手动使时钟频率f=1~50Hz，连续可调。

2.电路用到的实验仪器74LS00*3（与非门）74LS74*2（D触发器）74LS04 *1(非门)LED灯*3+5V 电源导线若干时钟频率发生器三、总体设计原理及框图通常来说，步进电机驱动器所要实现的功能简单来说就是控制电机的转动方向和转速。

1 课程设计任务与要求1.1 课程设计任务利用PLC构成三相步进电机控制系统，完成主电路的接线，并编写三拍、六拍、单步和连续控制的程序并调试。

1.2 课程设计要求①当钮子开关拨到单步时，必须每按一次起动，电机才能旋转一个角度；②当钮子开关拨到连续时，按一次起动，电机旋转，直到按停止；③当钮子开关拨到三拍时，旋转的角度为3度；④当钮子开关拨到六拍时，旋转的角度为1.5度；⑤当钮子开关拨到正转时，旋转按顺时针旋转；⑥当钮子开关拨到反转时，旋转按逆时针旋转；⑦当单步要转到连续，可以通过停止也可以直接转换；(通过编程)⑧当连续要单步连续，可以通过停止也可以直接转换；(通过编程)⑨当三拍要转到六拍，可以通过停止也可以直接转换；(通过编程)⑩当六拍要转到三拍，可以通过停止也可以直接转换；(通过编程)⑪当正转要转到反转，可以通过停止也可以直接转换；(通过编程)⑫当反转要转到正转，可以通过停止也可以直接转换；(通过编程)2 步进电机的工作原理及其控制要求2.1 设计思路本次设计的是一个三相步进电机控制系统，主要由步进电机及一些其他相关元件设计而成。

本设计采用自顶向上的设计思想。

先确定了系统的格局，再分模块实现发的方案。

首先对步进电机的实际要求进行逻辑抽象，确定这个系统的输入与输出，输入有启动与停止、单步与连续、三拍与六拍、正转与反转，输出有A、B、C三相。

可以通过开关来控制系统的启/停工作，当系统运转时，用开关来控制方向，并使相应的指示灯亮起，同样由开关来选择工作模式。

最后根据思路所设计出来的硬件图设计相适应的软件。

2.2 控制系统的工作原理2.2.1 步进电机的工作原理步进电机是纯粹的数字控制电动机，它将电脉冲信号转换成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，一般电动机都是连续旋转，而步进电动却是一步一步转动的，故叫步进电动机。

每输入一个脉冲信号，该电动机就转过一定的角度（有的步进电动机可以直接输出线位移，称为直线电动机）。

三相六拍步进电机PLC控制设计和调试《机电⼀体化系统设计》课程设计三相六拍步进电机PLC控制设计和调试的设计⽬录第⼀章绪论 (4)1.1研究的现状 (4)1.2PLC控制步进电机发展的趋势 (5)1.3本设计的⽬的、意义 (5)1.4⼩结 (5)第⼆章三相六拍步进电机的PLC控制和要求 (6)2.1可编程控制器的⼯作原理 (6)2．2步进电机的⼯作原理及其控制要求 (9)2.2.1⼯作原理 (9)2.2.2控制要求 (11)2.2.3步距⾓的细分 (12)2．3PLC控制系统所需I/O点数的确定和存储器容量的估算 (13)2．4PLC控制系统所需机型的选择 (14)2．5PLC控制系统的设计思想 (15)第三章实验调试和结果分析 (15)3.1PLC控制系统中I/O端⼦接线图及I/O地址分配表 (15)3.1.1 步进电机I/O分配表 (15)3.1.2 I/O端⼦接线图 (16)3.1.3 步进电机控制流程图 (18)3.2梯形图 (19)3.3指令语句表 (22)3.4实验的时序图 (25)3.5实验调试中遇到的问题及解决⽅案 (27)3.6⼩结 (27)第四章．论⽂总结及展望 (29)4.1论⽂总结 (29)4.2⼯作展望 (30)致谢 (31)参考⽂献 (32)摘要充分发挥PLC的功能，最⼤限度地满⾜被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的⾸要前提，这也是设计中最重要的⼀条原则。

本设计是⽤PLC做三相六拍步进电机的控制核⼼，⽤按钮开关的通断来实现对步进电机正、反转控制，⽽且正、反转切换⽆须经过停车步骤。

其次可以通过对按钮的控制来实现对⾼、中、低速度的控制。

关键词：PLC控制三相六拍步进电机电机正反转第⼀章绪论1.1研究的现状⽬前对于对步进电机的控制存在精度和价格⽅⾯的⽭盾。

因为⾼精度的实时演算需要较⾼性能的DSP芯⽚，成本较⾼。

因此现在的控制⽅法是采⽤⼤量的硬件电路。

这种控制⽅法的精度不但较低，且成本较⾼。

江西理工大学应用科学学院西门子PLC 课程设计专 业： 自动化 班 级： 姓 名：学 号：设计报告格式20分设计内容60分10分 10分 总计得分封面 3页面布局 5目录格式 3图表质量 4间距、行距、字体6工艺过程分析 8系统控制要求 8 I/O 分配 5设备选型 5电气原理图 系统程序设计 10动手实践能力 10总印象评分 10主电路 8控制电路 8外围接线图 82011年06月21日目录第1章绪论 (1)1.1 课题介绍及研究意义 (1)1.3 课题内容 (2)1.4 课题要求 (2)1.5 分析工艺流程 (2)第2章系统方案设计 (4)2.1方案原理分析 (4)2.2可行性研究 (4)第三章控制系统的I/O及地址分配 (5)第四章电气控制系统原理图 (6)4.1主电路图 (6)4.2 控制电路图 (6)4.3 外端子接线图 (6)第五章系统程序 (7)第六章有关步进电机的使用 (12)第七章总结 (15)7.1总结 (15)7.2参考文献 (15)第1章绪论1.1 课题介绍及研究意义三相六拍步进电动机是一典型单定子、径向分组、反应式伺服电机。

它与普通电机一样，分为定子和转子两部分，其中定子又分为定子铁芯和定子绕组。

定子铁芯由电工钢片叠压而成。

定子绕组绕制在定子铁芯上，六个均匀分布齿上的线圈，在直径方向上相对的两个齿上的线圈串连在一起，构成一相控制绕组。

三相步进电机可构成三相控制绕组，若任一相绕组通电，便形成一组定子磁极。

在定子的每个磁极上，即定子铁芯上的每个齿上开了五个小齿，齿槽等宽，齿间夹角为9º，转子上没有绕组，只有均匀分布的40个小齿，齿槽等宽，齿间夹角为9º，与磁极上的小齿一致。

此外，三相定子磁极上的小齿在空间位置上依次错开1/3齿距。

当A相磁极上的小齿与转子上的小齿对齐时，B相磁极上的齿刚好超前或滞后转子齿轮1/3齿距角，C相磁极上的齿刚好超前或滞后转子齿轮2/3齿距角。

东北石油大学课程设计20 年月日东北石油大学课程设计任务书课程电机拖动课程设计题目三相六拍步进电动机控制程序的设计专业电气姓名学号主要内容：1、步进电动机主要特性及其工作原理；2、三相六拍步进电动机控制程序的设计；3、程序的分析与比较。

基本要求：1、了解步进电动机的主要特性及其工作原理；2、了解三相六拍步进电动机控制程序的设计思路及其过程；3、了解三相六拍步进电动机控制程序设计的比较和分析。

参考资料：[1]、常斗南，李全利，张学武编著。

《可编程序控制器原理、应用、实验》[M].北京：机械工业出版社1998年7月[2]、李乃夫编著。

《可编程序控制器原理、应用、实验》[M].北京：中国轻工业出版社1998年1月[3]、何衍庆，戴自祥，俞金寿编著。

《可编程序控制器原理及应用技巧》[M].北京：化学工业出版社1998年8月[4]、俞雷声，方宗达编著。

《电气控制与PLC应用》[M].北京：机械工业出版社1998年10月[5]、易传禄，韩希光编著。

《可编程序控制器应用指南》[M].上海：上海科学普及出版社1993年6月完成期限指导教师刘伟专业负责人20 年月日目录1、步进电动机简介 (1)1.1 步进电机的主要特性 (1)1.2 三相六拍步进电机 (2)2、三相六拍步进电动机控制程序的设计 (4)2.1 程序设计的基本思路 (4)2.2 梯形图程序设计 (5)2.3 梯形图程序 (7)2.4 三相六拍步进电机控制语句表 (10)2.5 步进电机的I／O分配 (11)3、程序的分析与比较 (11)3.1 简捷性 (11)3.2 柔性化 (12)4、结论 (14)5、心得体会 (15)参考文献 (16)1、步进电动机简介1.1 步进电机的主要特性(1)步距角和静态步距误差: 步进电机的步距角 是决定开环伺服系统脉冲当量的重要参数, 数控机床中常见的反应式步进电机的步距角一般为0.5°～0.3°一般情况下, 步距角越小, 加工精度越高, 静态步距误差指理论的步距角和实际的步距角之差, 以分表示, 一般在10’以内。

目录任务与分析 01 步进电机工作原理 (1)2 总体设计方案 (2)2.1 步进电机驱动方案的比较 (2)2.2.1单电压限流型驱动电路 (2)2.2.2高低压切换型驱动电路 (3)2.2.3斩波恒流驱动电路 (3)2.2.4调频调压驱动电路 (4)2.2.5细分驱动方式 (5)3 步进电机驱动器电路原理图 (6)3.1环形分配器的电路原理图 (6)3.1.1环形分配器的设计 (7)3.2斩波恒流驱动电路原理图 (8)3.2.1IGBT及其驱动电路 (8)3.2.2信号反馈电路 (9)4 功率器件的选择与计算 (10)4.1 功率半导体的选择 (10)4.2 相关元件的选择 (10)4.2 相关电阻值的计算 (10)5 系统调试 (12)5.1 仿真结果 (12)总结 (14)参考文献 (15)摘要本文设计一种步进电动机斩波恒流驱动器。

该电路采用硬件环形分配器产生电脉冲，以IGBT作为驱动器的核心控制器件。

其特点是控制性能良好，有效提高步进电机的运行矩频特性、启动矩频特性和惯性特性等。

斩波恒驱动电路采用IGBT为开关管。

这是一种新型的全控型电压驱动式功率半导体器件。

它集众多优点与一身，高耐压、大电流、高速、开关频率高、低饱和压降、高可靠性。

非常适合用来设计步进电动机的驱动器。

步进电机驱动器按照其驱动方式可以分为如下几种：恒压驱动、高低压驱动、变频变压驱动以及斩波恒流驱动等。

对于不同的驱动方式，电机的起动特性和运行特性是不同的。

几种驱动方式相比，斩波恒流驱动具有高频响应性能好，输出转矩均匀，无共振现象等优点，从而成为当今步进电机驱动的主要方式。

步进电机的使用性能与它的驱动器有着密切的关系，步进电机的恒流斩波驱动技术从一定程度上解决了步进电机运行中的一些问题，如电源效率低、电流波形差等。

关键词：步进电机驱动器IGBT任务与分析本组课程设计题目为3A/80V三相六拍步进电机驱动设计。

要求采用集成触发环形分配器实现三相六拍的脉冲分配，功率驱动器则采用斩波恒流驱动电路。

目录第一章分析题目要求 (2)1.1 课题内容 (2)1.2 课题要求 (2)1.3 分析工艺流程 (2)第二章控制系统的I/O及地址分配 (4)第三章电气控制系统原理图 (5)3.1主电路图 (5)3.2 控制电路图 (5)3.3 外端子接线图 (5)第四章系统程序 (6)第五章有关步进电机的使用 (11)第六章总结 (14)6.1总结 (14)6.2参考文献 (15)第一章分析题目要求1.1 课题内容用PLC控制三相六拍步进电机，其控制要求如下：1．三相步进电动机有三个绕组：A、B、C，正转通电顺序为：A→AB→B→BC→C→CA→A反转通电顺序为：A→CA→C→BC→B→AB→A2．要求能实现正、反转控制，而且正、反转切换无须经过停车步骤。

3．具有两种转速：1号开关合上，则转过一个步距角需0.5秒。

2号开关合上，则转过一个步距角需0.05秒。

1.2 课题要求1．按题意要求，画出PLC端子接线图、控制梯形图。

2．完成PLC端子接线工作，并利用编程器输入梯形图控制程序，完成调试。

3. 完成课程设计说明书。

1.3 分析工艺流程本课题要求步进电机是三相六拍运行三相六拍正转通电顺序为：A→AB→B→BC→C→CA三相六拍反转通电顺序为：A→CA→C→BC→B→AB所以我们可以根据通电的顺序，给相应的相序分配相应的地址，按照控制的要求我们就可以给出相应的控制程序。

该控制系统的控制原理图如下1-1：图1-1 系统控制原理图所以由以上控制系统的要求可以给出控制系统的程序流程图1-2:图1-2 程序控制流程图第二章控制系统的I/O及地址分配本控制系统的输入/输出信号的名称，代码及地址编号如表2-1第三章电气控制系统原理图3.1主电路图参照《电器与PLC控制技术试验指导书》实验16 三相步进电机的模拟控制，可以知道，我们可以用PLC直接去控制电机。

所以主电路是非常简单的，这里不再画出。

3.2 控制电路图控制电路由于用到的输入都是直接接在PLC上的，其控制过程相对比较简单。

摘要三相六拍步进电动机是一典型单定子、径向分组、反应式伺服电机。

它与普通电机一样，分为定子和转子两部分，其中定子又分为定子铁芯和定子绕组。

定子铁芯由电工钢片叠压而成。

定子绕组绕制在定子铁芯上，六个均匀分布齿上的线圈，在直径方向上相对的两个齿上的线圈串连在一起，构成一相控制绕组。

三相步进电机可构成三相控制绕组，若任一相绕组通电，便形成一组定子磁极。

在定子的每个磁极上，即定子铁芯上的每个齿上开了五个小齿，齿槽等宽，齿间夹角为9º，转子上没有绕组，只有均匀分布的40个小齿，齿槽等宽，齿间夹角为9º，与磁极上的小齿一致。

此外，三相定子磁极上的小齿在空间位置上依次错开1/3齿距。

当A相磁极上的小齿与转子上的小齿对齐时，B相磁极上的齿刚好超前或滞后转子齿轮1/3齿距角，C相磁极上的齿刚好超前或滞后转子齿轮2/3齿距角。

步进电机广泛应用于对精度要求比较高的运动控制系统中，如机器人、打印机、软盘驱动器、绘图仪、机械阀门控制器等。

矩角特性是步进电机运行时一个很重要的参数，矩角特性好，步进电机启动转矩就大，运行不易失步。

改善矩角特性一般通过增加步进电机的运行拍数来实现。

三相六拍比三相二拍的矩角特性好一倍，因此在很多情况下，三相步进电机采用三相六拍运行方式。

图1.1单定子径向分相反应式伺服步进电机结构原理图摘要：三相六拍电机正、反转控制目录一、本论文的目的及工作内容二、现行研究存在的问题及解决办法三、方案原理分析1、功能要求2、性能要求3、可行性研究四、控制系统设计1、详述控制系统的实现方法2、梯形图程序设计五、心得体会一、本论文的目的及工作内容用PLC控制三相六拍步进电机实现如下操作，其控制要求如下：1．三相步进电动机有三个绕组：A、B、C，正转通电顺序为：A→AB→B→BC→C→CA→A反转通电顺序为：A→CA→C→BC→B→AB→A2．要求能实现正、反转控制，而且正、反转切换无须经过停车步骤。

课韪一基于PLC的三相六拍步进电动机控制程序设计一、课题内容：用PLC控制三相六拍步进电机，其控制要求如下：1．三相步进电动机有三个绕组：A、B、C，正转通电顺序为：A→AB→B→BC→C→CA→A反转通电顺序为：A→CA→C→BC→B→AB→A2．要求能实现正、反转控制，而且正、反转切换无须经过停车步骤。

二、课题要求：1．按题意要求，对PLC进行选型，画出PLC端子接线图。

2．完成梯形图控制程序设计，完成调试。

3. 完成课程设计书。

课韪二艺术彩灯造型的PLC控制某艺术彩灯造型演示板如图所示，图中A、B、C、D、E、F、G、H为八只彩灯，呈环形分布，控制要求如下（灯的点亮顺序）将启动开关S1合上，八只彩灯同时亮1s，即ABCDEFFH同时亮1s，接着八只彩灯按逆时针方向轮流各亮1s，即A亮1s→B亮1s→C亮1s→D亮1s→E亮1s→F亮1s→G亮1s →H亮1s;接下来八只彩灯又同时亮1s,即ABCDEFFH同时亮1s，然后八只彩灯按顺时针方向轮流各亮1s，即H亮1s→G亮1s→F亮1s→E亮1s→D亮1s→C亮1s→B亮1s→A亮1s。

然后按此顺序重复执行，按下停止开关S2，所有灯灭。

课题三全自动洗衣机PLC控制一、课题内容：全自动洗衣机运行框图及梯形图控制程序的编制，并画出硬件接线图。

二、控制要求：（1）按下启动按扭及水位选择开关，开始进水直到高（中、低）水位，关水（2）2秒后开始洗涤（3）洗涤时，正转30秒，停2秒，然后反转30秒，停2秒（4）如此循环5次，总共320秒后开始排水，排空后脱水30秒（5）开始清洗，重复（1）～（4），清洗两遍（6）清洗完成，报警3秒并自动停机（7）若按下停车按扭，可手动排水（不脱水）和手动脱水（不计数）课题四病床呼叫器的PLC控制一、任务描述某住院病房有14个房间，每个房间有4张床，病床编号由房间号和床号组成，分别为011、012、013、014、021、022、 (141)142、143、144。