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步进电机运动规律及速度控制方法姓名：吴良辰班级：10机设（2）学号：201010310206学期我们专业开设了机电传动控制这么课，它是机电一体化人才所需要知识结构的躯体，由于电力传动控制装置和机械设备是一个不可分割的整体，所以我么能从中了解到机电传动控制的一般知识，要掌握电机、电器、晶闸管等工作原理、特性、应用和选用的方法。
了解最新控制技术在机械设备中的应用。
在现代工业中，机电传动不仅包括拖动生产机械的电动机，而且还包括控制电动机的一整套控制，以满足生产过程自动化的要求。
也就是说，现代机电传动是和各种控制元件组成的自动控制系统联系在一起。
机电系统一般可分为图一所示的三个部分。
图1 机电传动控制在没上这门课之前，在我自己认为，电机就是那些就是高中学的那些直流电动机，就是通电线圈在磁场转动。
那是直流电动机了，慢慢的我接触了交流电动机，刚开始知道220V市电。
记得大一下学期，我们金工实习了，看到工训下面那么多的车床，铣床，钻床……由于要提供大的功率，所以主电机都是选用380V。
上完这门让我更详细了解他们内部的结构和工作原理。
还说明知识是慢慢积累的过程。
见的多学的多。
我明白了很多以前的疑惑。
看到电视机上那些智能机器人，他们的活动很自如，就像仿生肌肉一样。
尤其是日本的机器人。
它的机械臂很有可能是步进电机控制的，还有一种说法是液压与气压控制的。
我觉的两者都有。
很有幸大一时候进入了第二课堂，在里面学到东西，也接触了步进电机，我是在学51单片机那时候也买了一个，就觉得很神奇。
在加上前几天参加了江西省电子设计大赛，我就感觉到要是要选控制类的题目做，步进电机是不能少的。
所以步进电机是个好东西。
我在网上查了一下资料，上个世纪就出现了步进电机，它是一种可以自由回转的电磁铁，动作原理和今天的反应式步进电机没有什么区别，也是依靠气隙磁导的变化来产生电磁转矩。
很遗憾的是它是国外人发明的。
开始写正题了，上完这门课，那个步进电机是让我很痴迷的。
步进电机的开环控制和闭环控制一、步进电机的开环掌握1、步进电机开环伺服系统的一般构成图1 步进电机开环伺服系统步进电动机的电枢通断电次数和各相通电挨次打算了输出角位移和运动方向，掌握脉冲安排频率可实现步进电动机的速度掌握。
因此，步进电机掌握系统一般采纳开环掌握方式。
图为开环步进电动机掌握系统框图，系统主要由掌握器、功率放大器、步进电动机等组成。
2、步进电机的掌握器1、步进电机的硬件掌握步进电动机在—个脉冲的作用下，转过一个相应的步距角，因而只要掌握肯定的脉冲数，即可精确掌握步进电动机转过的相应的角度。
但步进电动机的各绕组必需按肯定的挨次通电才能正确工作，这种使电动机绕组的通断电挨次按输入脉冲的掌握而循环变化的过程称为环形脉冲安排。
实现环形安排的方法有两种。
一种是计算机软件安排，采纳查表或计算的方法使计算机的三个输出引脚依次输出满意速度和方向要求的环形安排脉冲信号。
这种方法能充分利用计算机软件资源，以削减硬件成本，尤其是多相电动机的脉冲安排更显示出它的优点。
但由于软件运行会占用计算机的运行时间，因而会使插补运算的总时间增加，从而影响步进电动机的运行速度。
另一种是硬件环形安排，采纳数字电路搭建或专用的环形安排器件将连续的脉冲信号经电路处理后输出环形脉冲。
采纳数字电路搭建的环形安排器通常由分立元件（如触发器、规律门等）构成，特点是体积大、成本高、牢靠性差。
2、步进电机的微机掌握：目前，伺服系统的数字掌握大都是采纳硬件与软件相结合的掌握方式，其中软件掌握方式一般是利用微机实现的。
这是由于基于微机实现的数字伺服掌握器与模拟伺服掌握器相比，具有下列优点：（1）能明显地降低掌握器硬件成本。
速度更快、功能更新的新一代微处理机不断涌现，硬件费用会变得很廉价。
体积小、重量轻、耗能少是它们的共同优点。
（2）可显著改善掌握的牢靠性。
集成电路和大规模集成电路的平均无故障时（MTBF）大大长于分立元件电子电路。
（3）数字电路温度漂移小，也不存在参数的影响，稳定性好。
步进电动机的开环控制方式如图5-20所示，步进电动机的控制方式一般分为开环控制和反馈补偿闭环控制。
在开环系统中，步进电动机的旋转速度取决于指令脉冲的频率。
也就是说，控制步进电动机的运行速度，实际上就是控制系统发出脉冲的频率或者换相的周期。
系统可用两种方法来确定脉冲的周期：一种是软件延时，另一种是用定时器延时。
软件延时的方法是通过调用延时子程序的方法实现的，它占用CPU时间：定时器延时方法是通过设置定时时间常数的方法来实现的。
步进电动机(如图5-20 (a)所示)的点-位控制系统，从起点到终点的运行速度都有一定要求。
如果要求运行的速度小于系统极限启动频率，则系统可以按要求的速度直接启动，运行至终点后可直接发脉冲串令其停止，系统在这样的运行方式下速度可认为是恒定的。
但在一般情况下，系统的极限启动频率是比较低的，而要求的运行速度往往很高。
如果系统以要求的运行速度直接启动，由于该速度已经超过极限启动频率而导致系统不能正常启动，即可能发生失步或根本不运行的情况。
系统运行起来之后，如果到达终点时突然停发脉冲串，令其立即停止，则因为系统的惯性原因，会发生冲过终点的滑步现象，使点-位控制发生偏差。
实用文档因此，必须用低速启动，然后再慢慢加速到高速，实现高速运行。
同样’停止时也要从高速慢慢降到低速，最后停下来，只有这样才能保证开环控制的高速定位。
要满足这种升降速规律，步进电动机必须采用变速方式工作。
如图5-21所示，运行速度都需要有一个“加速一恒速一减速一f氏恒速一停止”的加减速过程，各种系统在工作过程中，都要求加减速过程时间尽量短，而恒速时间尽量长。
如果移动距离比较短，为了提高速度，可以无高速恒定运行阶段。
在前半段距离内加速运行，而在后半段距离内减速运行，形成类三角形变化的运动频率轨迹。
升降速规律一般可有两种选择：一是按照直线规律升降速，二是按指数规律升降速。
升降速曲线如果是按指数型递增减进行的，则升速可用下式表示其频率：式中，fmnx为步进电动机的最高运行频率。
步进电机角度控制设计教程步进电机是一种常用的电动机，它的运动可以被精确地控制。
步进电机的角度控制设计是指如何精确地控制电机的旋转角度。
本教程将介绍步进电机角度控制的基本原理和设计方法。
一、步进电机的基本原理步进电机由定子和转子组成，定子由电磁线圈组成，转子上有几个磁性极对。
当电流通过定子线圈时，会产生磁场，与磁性极对相互作用，从而引起转子的运动。
步进电机的运动分为两种模式：全步进和半步进。
全步进模式下，电机每次运动一个步距角度，而半步进模式下，电机每次运动一半步距角度。
根据需要，可以选择使用全步进模式或半步进模式。
二、步进电机角度控制设计方法1.确定步距角度首先，要确定所需的步距角度。
步进电机一般有1.8度、0.9度或0.45度等常见步距角度。
根据应用需要，选择合适的步距角度。
2.驱动电路设计步进电机需要一个驱动电路来控制电流的大小和方向，以实现精确的角度控制。
常用的驱动电路有单相和双相驱动电路。
单相驱动电路适合全步进模式，双相驱动电路适合半步进模式。
驱动电路一般由功率电路和控制电路组成。
功率电路负责控制电流的大小和方向，控制电路负责接收控制信号并产生相应的驱动信号。
3.控制信号设计控制信号是控制步进电机运动的关键。
通常使用微控制器或其他控制器来产生控制信号。
控制信号的频率和波形决定了电机的运动方式。
在全步进模式下，控制信号的频率应为电机的旋转频率，控制信号的波形为方波。
在半步进模式下，控制信号的频率是全步进模式的一半，控制信号的波形为方波和脉冲。
4.位置检测和反馈控制为了实现精确的角度控制，通常需要在步进电机上添加位置检测和反馈控制。
位置检测可以使用光电编码器、磁编码器等位置传感器实现，反馈控制可以根据位置检测结果对控制信号进行调整。
三、步进电机角度控制实例下面以一个步进电机角度控制实例来说明设计方法的具体步骤。
假设需要控制一个1.8度步距角度的步进电机，使用双相驱动电路和微控制器产生控制信号。
步进电机控制方法步进电机是一种常见的电动执行器，广泛应用于各个领域的控制系统中。
它具有结构简单、控制方便、定位精度高等优点，是现代自动化控制系统中必不可少的重要组成部分。
本文将从基本原理、控制方法、应用案例等方面对步进电机进行详细介绍。
1. 基本原理步进电机是一种通过输入控制信号使电机转动一个固定角度的电机。
其基本原理是借助于电磁原理，通过交替激励电机的不同线圈，使电机以一个固定的步距旋转。
步进电机通常由定子和转子两部分组成，定子上布置有若干个线圈，而转子则包含若干个极对磁体。
2. 控制方法步进电机的控制方法主要包括开环控制和闭环控制两种。
开环控制是指根据既定的输入信号频率和相位来驱动电机，控制电机旋转到所需位置。
这种方法简单直接，但存在定位误差和系统响应不稳定的问题。
闭环控制则是在开环控制的基础上，增加了位置反馈系统，通过不断校正电机的实际位置来实现更精确的控制。
闭环控制方法相对复杂，但可以提高系统的定位精度和响应速度。
3. 控制算法控制步进电机的常用算法有两种，一种是全步进算法，另一种是半步进算法。
全步进算法是指将电流逐个向电机的不同线圈通入，使其按照固定的步长旋转。
而半步进算法则是将电流逐渐增加或减小，使电机能够以更小的步长进行旋转。
半步进算法相对全步进算法而言，可以实现更高的旋转精度和更平滑的运动。
4. 应用案例步进电机广泛应用于各个领域的控制系统中。
例如，在机械领域中，步进电机被用于驱动数控机床、3D打印机等设备，实现精确的定位和运动控制。
在医疗设备领域，步进电机被应用于手术机器人、影像设备等，为医疗操作提供准确定位和精确运动。
此外，步进电机还广泛应用于家用电器、汽车控制、航空航天等领域。
总结：步进电机作为一种常见的电动执行器，具有结构简单、控制方便、定位精度高等优点，在自动化控制系统中扮演着重要的角色。
通过本文的介绍，我们了解到步进电机的基本原理、控制方法、算法以及应用案例等方面的知识。
步进电机的单脉冲控制、双脉冲控制、开环控制和闭环控制
步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。
虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机，交流电机在常规下使用。
它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。
因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。
步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。
随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。
步进电机的单脉冲控制与双脉冲控制步进电机的控制有单电压和高低电压控制之分；
单电压控制用一串脉冲信号控制一个电子开关的通、断来控制电机驱动绕组得电、失电；高低电压控制在单电压控制的基础上，用另一串脉冲控制一个电子开关的通、半导通，两个开关串联，两个控制脉冲同频率但不同相位和宽度。
达到给绕组的供电电压全、一半、迅速关断的目的。
步进电机的开环控制和闭环控制步进电机的开环控制
1、步进电机开环伺服系统的一般构成
步进电动机的电枢通断电次数和各相通电顺序决定了输出角位移和运动方向，控制脉冲分配频率可实现步进电动机的速度控制。
因此，步进电机控制系统一般采用开环控制方式。
图为开环步进电动机控制系统框图，系统主要由控制器、功率放大器、步进电动机等组成。
2、步进电机的控制器
1、步进电机的硬件控制
步进电动机在个脉冲的作用下，转过一个相应的步距角，因而只要控制一定的脉冲数，即。
<<技能大赛自动线的安装与调试>>项目二等奖心得二心得二：步进电机的控制方法我带队参加《2008年全国职业院校技能大赛自动线的安装与调试》项目，我院选手和其他院校的三位选手组成了天津代表队，我院选手所在队获得了《2008年全国职业院校技能大赛自动线的安装与调试》项目二等奖，为天津市代表队争得了荣誉，也为我院争得了荣誉。
以下是我这个作为教练参加大赛的心得二：步进电机的控制方法《2008年全国职业院校技能大赛自动线的安装与调试》项目的主要内容包括如气动控制技术、机械技术（机械传动、机械连接等）、传感器应用技术、PLC控制和组网、步进电机位置控制和变频器技术等。
但其中最为重要的就是PLC方面的知识，而PLC中最重要就是组网和步进电机的位置控制。
一、 S7-200 PLC 的脉冲输出功能1、概述S7-200 有两个置PTO/PWM 发生器，用以建立高速脉冲串（PTO）或脉宽调节（PWM）信号波形。
当组态一个输出为PTO 操作时，生成一个50%占空比脉冲串用于步进电机或伺服电机的速度和位置的开环控制。
置PTO 功能提供了脉冲串输出，脉冲周期和数量可由用户控制。
但应用程序必须通过PLC内置I/O 提供方向和限位控制。
为了简化用户应用程序中位控功能的使用，STEP7--Micro/WIN 提供的位控向导可以帮助您在几分钟内全部完成PWM，PTO 或位控模块的组态。
向导可以生成位置指令，用户可以用这些指令在其应用程序中为速度和位置提供动态控制。
2、开环位控用于步进电机或伺服电机的基本信息借助位控向导组态PTO 输出时，需要用户提供一些基本信息，逐项介绍如下：⑴最大速度（MAX_SPEED）和启动/停止速度（SS_SPEED）图1是这2 个概念的示意图。
MAX_SPEED 是允许的操作速度的最大值，它应在电机力矩能力的范围。
驱动负载所需的力矩由摩擦力、惯性以及加速/减速时间决定。
图1 最大速度和启动/停止速度示意SS_SPEED：该数值应满足电机在低速时驱动负载的能力，如果SS_SPEED 的数值过低，电机和负载在运动的开始和结束时可能会摇摆或颤动。
如果SS_SPEED 的数值过高，电机会在启动时丢失脉冲，并且负载在试图停止时会使电机超速。
通常，SS_SPEED 值是MAX_SPEED 值的5%至15%。
⑵加速和减速时间加速时间ACCEL_TIME：电机从 SS_SPEED速度加速到MAX_SPEED速度所需的时间。
减速时间DECEL_TIME：电机从MAX_SPEED速度减速到SS_SPEED速度所需要的时间。
图2 加速和减速时间加速时间和减速时间的缺省设置都是1000 毫秒。
通常，电机可在小于1000 毫秒的时间工作。
参见图2。
这2 个值设定时要以毫秒为单位。
注意：电机的加速和失速时间要过测试来确定。
开始时，您应输入一个较大的值。
逐渐减少这个时间值直至电机开始失速，从而优化您应用中的这些设置。
⑶移动包络一个包络是一个预先定义的移动描述，它包括一个或多个速度，影响着从起点到终点的移动。
一个包络由多段组成，每段包含一个达到目标速度的加速/减速过程和以目标速度匀速运行的一串固定数量的脉冲。
位控向导提供移动包络定义界面，在这里，您可以为您的应用程序定义每一个移动包络。
PTO 支持最大100 个包络。
定义一个包络，包括如下几点：①选择操作模式；②为包络的各步定义指标。
③为包络定义一个符号名。
⑴选择包络的操作模式：PTO 支持相对位置和单一速度的续转动，如图3所示，相对位置模式指的是运动的终点位置是从起点侧开始计算的脉冲数量。
单速续转动则不需要提供终点位置，PTO 一直持续输出脉冲，直至有其他命令发出，例如到达原点要求停发脉冲。
图3 一个包络的操作模式⑵包络中的步一个步是工件运动的一个固定距离，包括加速和减速时间的距离。
PTO 每一包络最大允许29 个步。
每一步包括目标速度和结束位置或脉冲数目等几个指标。
图 4 所示为一步、两步、三步和四步包络。
注意一步包络只有一个常速段，两步包络有两个常速段，依次类推。
步的数目与包络中常速段的数目一致。
图4 包络的步数示意7.2.5 使用位控向导编程STEP7 V4.0 软件的位控向导能自动处理PTO 脉冲的单段管线和多段管线、脉宽调制、SM 位置配置和创建包络表。
本节将给出一个在YL-335A 上实现的简单工作任务例子，阐述使用位控向导编程的方法和步骤。
表1 是YL-335A 上实现步进电机运行所需的运动包络。
表1 步进电机运行的运动包络1、使用位控向导编程的步骤如下：1）为S7--200 PLC选择选项组态置PTO/PWM操作。
在STEP7 V4.0软件命令菜单中选择工具→位置控制向导并选择配置S7-200PLC 内置PTO/PWM操作，如图5所示。
图5 位控向导启动界面2）单击“下一步”选择“QO.0”，再单击“下一步”选择“线性脉冲输出PTO）”。
图5 选择PTO或PWM界面3）单击“下一步”后，在对应的编辑框中输入MAX_SPEED 和SS_SPEED 速度值。
输入最高电机速度“90000”，把电机启动/停止速度设定为“600”。
这时，如果单击MIN_SPEED 值对应的灰色框，可以发现，MIN_SPEED值改为600，注意：MIN_SPEED值由计算得出。
用户不能在此域中输入其他数值。
图64）单击“下一步”填写电机加速时间“1500”和电机减速时间“200”图7 设定加速和减速时间5）接下来一步是配置运动包络界面，见图8。
图8 配置运动包络界面该界面要求设定操作模式、1个步的目标速度、结束位置等步的指标，以及定义这一包络的符号名。
（从第0个包络第0步开始）在操作模式选项中选择相对位置控制，填写包络“0”中数据目标速度“60000”，结束位置“85600”，点击“绘制包络”，如图9所示，注意，这个包络只有1步。
包络的符号名按默认定义。
这样，第0个包络的设置，即从供料站→加工站的运动包络设置就完成了。
现在可以设置下一个包络。
图9 设置第0个包络点击“新包络”，按上述方法将下表中上3个位置数据输入包络中去。
表中最后一行低速回零，是单速连续运行模式，选择这种操作模式后，在所出现的界面中（见图10），写入目标速度“20000”。
界面中还有一个包络停止操作选项，是当停止信号输入时再向运动方向按设定的脉冲数走完停止，在本系统不使用。
6）运动包络编写完成单击“确认”，向导会要求为运动包络指定V存储区地址（建议地址为VB75～VB300），默认这一建议，单击“下一步”出现图11，单击“完成”。
图11 生成项目组件提示2、项目组件运动包络组态完成后，向导会为所选的配置生成三个项目组件（子程序），分别是：PTOx_RUN子程序（运行包络），PTOx_CTRL子程序（控制）和PTOx_MAN子程序（手动模式）子程序。
一个由向导产生的子程序就可以在程序中调用如图12所示。
图12 三个项目组件它们的功能分述如下：⑴ PTOx_RUN子程序（运行包络）：命令 PLC 执行存储于配置／包络表的特定包络中的运动操作。
运行这一子程序的梯形图如图13所示。
图13 运行PTOx_RUN子程序EN位：启用此子程序的使能位。
在“完成”位发出子程序执行已经完成的信号前，请确定EN位保持开启。
START参数：包络的执行的启动信号。
对于在START参数已开启且PTO当前不活动时的每次扫描，此子程序会激活PTO。
为了确保仅发送一个命令，请使用上升缘以脉冲方式开启START参数。
Profile（包络）参数：包含为此运动包络指定的编号或符号名。
Abort（终止）参数命令，开启时位控模块停止当前包络并减速至电机停止。
Done（完成）参数：当模块完成本子程序时，此参数 ON。
Error（错误）参数：包含本子程序的结果。
C_Profile参数：包含位控模块当前执行的包络。
C_Step参数：包含目前正在执行的包络步骤。
⑵ PTOx_CTRL子程序：（控制）启用和初始化与步进电机或伺服电机合用的PTO输出。
请在用户程序中只使用一次，并且请确定在每次扫描时得到执行。
即始终使用SM0.0作为EN 的输入，如图14所示。
图14 运行PTOx_CTRL子程序I_STOP（立即停止）输入：开关量输入。
当此输入为低时，PTO功能会正常工作。
当此输入变为高时，PTO立即终止脉冲的发出。
D_STOP（减速停止）输入：开关量输入。
当此输入为低时，PTO功能会正常工作。
当此输入变为高时，PTO会产生将电机减速至停止的脉冲串。
“完成”输出：开关量输出。
当“完成”位被设置为高时，它表明上一个指令也已执行。
Error（错误）参数：包含本子程序的结果。
当“完成”位为高时，错误字节会报告无错误或有错误代码的正常完成。
如果PTO向导的HSC计数器功能已启用，C_Pos参数包含用脉冲数目表示的模块；否则此数值始终为零。
⑶ PTOx_MAN子程序（手动模式）：将PTO输出置于手动模式。
这允许电机启动、停止和按不同的速度运行。
当PTOx_MAN子程序已启用时，任何其他PTO子程序都无法执行。
运行这一子程序的梯形图如图15所示。
图158 运行PTOx_MAN子程序RUN（运行/停止）参数：命令PTO加速至指定速度（Speed（速度）参数）。
您可以在电机运行中更改Speed参数的数值。
停用RUN参数命令PTO减速至电机停止。
当RUN已启用时，Speed参数确定着速度。
速度是一个用每秒脉冲数计算的DINT（双整数）值。
您可以在电机运行中更改此参数。
Error（错误）参数包含本子程序的结果。
如果PTO向导的HSC计数器功能已启用，C_Pos参数包含用脉冲数目表示的模块；否则此数值始终为零。
