项目六步进电机运动控制

前言步进电机最早是在1920年由英国人所开发。

1950年后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，这对于数字化的控制变得更为容易。

以后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解性能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。

在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。

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。

步进电机是将电脉冲信号变换成角位移或直线位移的执行部件。

步进电机可以直接用数字信号驱动，使用非常方便。

一般电动机都是连续转动的，而步进电动机则有定位和运转两种基本状态，当有脉冲输入时步进电动机一步一步地转动，每给它一个脉冲信号，它就转过一定的角度。

步进电动机的角位移量和输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步，因此只要控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电的相序，便可获得所需的转角、转速及转动方向。

在没有脉冲输入时，在绕组电源的激励下气隙磁场能使转子保持原有位置处于定位状态。

因此非常适合于单片机控制。

步进电机还具有快速启动、精确步进和定位等特点，因而在数控机床，绘图仪，打印机以及光学仪器中得到广泛的应用。

步进电动机已成为除直流电动机和交流电动机以外的第三类电动机。

传统电动机作为机电能量转换装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。

步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。

现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。

永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。

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。

步进电机运动规律及速度控制方法该设计的关键是确定脉冲定时tn，脉冲时间间隔即脉冲周期Tn和脉冲频率fn。

假设从启动瞬时开始计算脉冲数，加速阶段的脉冲数为n，并设启动瞬时为计时起点，定时器初值为D1，定时器初值的减量为△。

从加速阶段的物理过程可知，第一个脉冲周期，即启动时的脉冲周期T1=D1/f0，t1=0。

由于定时器初值的修改，第2个脉冲周期T2=(D1-△)/f0=T1-△/f0，脉冲定时t2=T1，则第n个脉冲的周期为：Tn=T1-(n-1)△/f0(1)脉冲定时为：(2)脉冲频率为：1/fn=Tn=T1-(n-1)△/f0(3)上式分别显示了脉冲数n与脉冲频率fn和时间tn的关系。

令△/f0=δ，即加速阶段相邻两脉冲周期的减量，则上述公式简化为：tn=(n-1)T1-(n-2)(n-1)δ/2(4)1/fn=T1-(n-1)δ(5)联立(4)、(5)，并简化fn与tn的关系，得出加速阶段的数学模型为：(6)其中，是常数，其值与定时器初值及定时器变化量有关，A=-δ,B=(2T1+δ)2,C=8δ。

加速阶段脉冲频率的变化为：(7)从(6)、(7)式可以看出，在加速阶段，脉冲频率不断升高，且加速度以二次函数增加。

这种加速方法对步进电机运行十分有利，因为启动时，加速度平缓，一旦步进电机具有一定的速度，加速度增加很快。

这样一方面使加速度平稳过渡，有利于提高机器的定位精度，另一方面可以缩短加速过程，提高快速性能。

PWM的主要目的是让电流是正弦波，也就是细分。

他的目的是减小步进电机的震动。

简单地说如果你是用哪种恒定的高电平来驱动步进电机，那么低速情况下，因为步进电机每次都是全速从前一个位置到达下一个位置，因此，实际上步进电机所花费的时间会明显小于你的换相的周期，因此电机会出现震动。

而PWM的目的就是让步进电机加速度别那么快，保证转子从老位置到新位置所花费的时间正好等于换相周期。

并且在这个期间转子的转动速度是基本上恒定的。

步进电机控制方案1. 引言步进电机是一种常见的电动机，其特点是精准度高、扭矩稳定、可控性强等。

在许多应用中，需要对步进电机进行控制，以实现精准定位、旋转控制等功能。

本文将介绍步进电机的控制方案，并提供示例代码和运行结果。

2. 步进电机工作原理步进电机是一种定角度运动的电机，其工作原理基于磁场变化导致的转动。

步进电机由转子和定子组成，转子上有一系列的磁极，定子上有一组电枢。

通过依次通电给定子上的电枢，使得磁场依次在转子上形成，从而实现转子的连续旋转。

3. 步进电机控制方案步进电机的控制方案主要包括驱动器和控制器两部分。

驱动器用于控制步进电机的转动，控制器用于更精确地控制电机的运转。

3.1 驱动器选择常见的步进电机驱动器有两相、三相和四相驱动器。

根据实际应用需求，选择适合的驱动器可以提高电机的性能和效率。

以下是常见的驱动器选择情况：•两相驱动器：适用于低速应用，价格较低，但扭矩输出相对较低。

•三相驱动器：适用于高速和高扭矩应用，价格相对较高，但性能更好。

•四相驱动器：适用于中等速度和扭矩要求的应用。

3.2 控制器设计在步进电机控制中，控制器的设计是至关重要的。

控制器需要实现以下功能：•步进电机的速度控制：控制脉冲信号的频率和宽度，可以实现步进电机的高速或低速运动。

•步进电机的方向控制：控制脉冲信号的方向，可以实现步进电机的正转或反转。

•步进电机的位置控制：根据应用需求，设定目标位置和运动方式，通过控制脉冲信号的数量和频率，控制步进电机到达目标位置。

通常情况下，可以使用单片机或专用控制器来设计步进电机的控制器。

以下是一个简单的步进电机控制器的伪代码示例：def step_motor_control(target_position):current_position = 0while current_position != target_position:if target_position > current_position:# 正转move_forward()current_position += 1else:# 反转move_backward()current_position -= 1delay(1) # 控制电机运动速度4. 示例代码下面是一个使用Arduino控制步进电机的示例代码，该代码实现了步进电机的转动和控制：#include <Stepper.h>const int stepsPerRevolution = 200; // 步进电机每转的步数Stepper stepper(stepsPerRevolution, 8, 9, 10, 11); // 步进电机驱动器引脚void setup() {stepper.setSpeed(100); // 设置步进电机转速}void loop() {// 顺时针旋转一个圈stepper.step(stepsPerRevolution);delay(1000);// 逆时针旋转半个圈stepper.step(-stepsPerRevolution / 2);delay(1000);}5. 运行结果通过运行上述示例代码，可以实现步进电机的转动和控制。

步进电机运动控制
在步进电机实验单元完成本实验 一、实验目的
用PLC 对实物步进电机进行控制，了解并掌握移位指令在控制中的应用及其编程方法。

二、实验说明
本实验开始后PLC 会给步进电机5Hz 的驱动频率，使电机沿顺时针方向运动。

扳下启动开关实验停止。

三、实验面板图
四、实验步骤 1、输入输出接线
主机模块的COM 接主机模块输入端的COM 和输出段的COM1、COM2、COM3、COM4、COM5 主机模块的24+、COM 分别接在实验单元的V+，COM 2、打开主机电源将程序下载到主机中。

3、启动并运行程序观察实验现象。

五、梯形图参考程序。

步进电机控制方法步进电机是一种将电信号转换为精确的机械运动的特殊电机。

由于其高精度、可控性和稳定性，步进电机广泛应用于许多领域，如工业自动化、医疗仪器、机器人技术等。

本文将讨论步进电机的控制方法，在这些方法中，人们可以实现对步进电机的精确控制和位置控制。

首先，我们来介绍步进电机的基本工作原理。

步进电机的转子由永磁体或由电磁铁组成，通常与定子上的绕组相互作用。

当绕组依次激励时，电机的转子会按照一定的角度顺序旋转。

每次激励的脉冲将使转子转动一个固定的角度，称为步长。

因此，通过正确控制脉冲信号的频率和顺序，我们可以精确地控制步进电机的运动。

步进电机的控制方法主要分为开环控制和闭环控制。

开环控制是最简单的一种方法，通过给步进电机提供一系列的脉冲信号来控制其转动。

这些信号的频率和脉冲宽度决定了电机的转速和位置。

开环控制方法适用于需要较低精度和较简单控制的应用，例如简单的运动控制和位置复位。

闭环控制方法则更加复杂，但也更加精确。

闭环控制通过使用编码器或其他位置传感器来监测步进电机的实际位置，并将其与期望位置进行比较。

根据比较结果，控制系统将调整脉冲信号的频率和脉冲数量，以使电机达到期望的位置和运动状态。

闭环控制方法适用于需要高精度和复杂运动控制的应用，例如精密仪器和机器人。

除了开环控制和闭环控制之外，还有其他一些常用的步进电机控制方法。

例如，微步控制方法可以进一步提高步进电机的分辨率。

微步控制通过将每个步进脉冲细分为更小的微步脉冲，从而将电机的角度控制能力提高到更高的级别。

这种方法通常需要更先进的控制电路和算法。

此外，还有一些高级的控制方法，如矢量控制和感应控制等。

矢量控制方法通过同时控制步进电机的多个绕组来实现更复杂的运动模式，提高电机的性能和动态响应能力。

感应控制方法则利用感应原理，通过识别转子位置和磁场变化来控制电机运动。

这些高级控制方法在某些特定的应用领域中具有重要意义，但通常需要更复杂的控制算法和硬件实现。

步进电机的控制方法步进电机（Stepper Motor）是一种将电信号转化为角位移的输出设备，通常用于需要精确控制角度和位置的应用领域，如3D打印机、CNC数控机床、机器人等。

步进电机的控制方法主要有三种：全步进控制、半步进控制和微步进控制。

下面将详细介绍这三种控制方法的原理和特点。

全步进控制是步进电机最简单和常用的控制方式之一。

它是通过改变电流的方向和大小来控制电机的转动。

步进电机内部有一个旋转磁场，当电流方向与旋转磁场方向一致时，电机会顺时针旋转；当电流方向与旋转磁场方向相反时，电机会逆时针旋转。

因此，通过改变电流的方向可以实现电机的正反转。

而改变电流的大小可以调节电机每一步转动的角度，从而控制精度。

例如，电流较小时电机每一步的转动角度较大，电流较大时电机每一步的转动角度较小，通过不同的电流设置可以实现不同的控制要求。

全步进控制简单可靠，适用于一些对控制精度要求相对较低的场合。

半步进控制是在全步进控制的基础上发展起来的一种控制方式。

它通过在两个相邻的全步进驱动脉冲之间改变电流的大小和方向来控制电机的转动。

在正向或逆向时，先施加一定大小的电流使电机进入半步状态，此时电机只旋转半个步距；然后再施加相反于旋转方向的电流使电机进入全步状态，此时电机旋转一个步距。

通过这种方式，半步进控制可以实现更高的分辨率和较大的控制精度。

但是，半步进控制的缺点是启动和停止过程中存在冲击、振动等不稳定现象，对控制系统的动态响应要求较高。

微步进控制是进一步提高步进电机控制分辨率和精度的一种控制方式。

它通过改变电流的大小和时间来实现对电机的微步控制。

微步进控制可以将电机每一步的移动量分割为更小的部分，从而实现更高的分辨率。

例如，微步进控制可以将电机每一步的移动量分割为10等分或更多等分，从而实现更精确的控制。

微步进控制的原理是通过调节电流大小和时间，使电机在磁力矩的作用下，从一个磁极到相邻磁极之间平滑地过渡，从而实现平稳的转动。

步进电机控制方法详解
步进电机是一种电动机，能够将电脉冲转换为机械位移，具有精准定位、无需传感器反馈等优点，在许多行业中得到广泛应用。

步进电机的控制方法多种多样，包括开环控制和闭环控制两种基本方式。

1. 开环控制
开环控制是最简单直接的步进电机控制方法之一。

通过控制每次输入的脉冲数量和频率来控制电机旋转的角度和速度。

开环控制不需要反馈系统，因此结构简单、成本低廉，适用于一些简单的应用场景。

但是开环控制无法实时纠正误差，容易受到外部因素干扰，精度相对较低。

2. 步进电机控制方法详解
在现代步进电机应用中，闭环控制方式更为常见。

闭环控制通过在电机上添加编码器或传感器，实时监测电机的位置、速度和加速度等参数，将这些信息反馈给控制系统，从而动态调整控制电流和脉冲信号，确保电机的运动精准稳定。

闭环控制能够有效消除误差和震动，提高系统的响应速度和稳定性，适用于对精度要求较高的场合。

3. 如何选择合适的控制方法
在选择步进电机控制方法时，需要根据具体应用场景和要求来进行判断：
•如果是一些简单的定位任务，对精度要求不高，可以选择开环控制方法，简单易行。

•如果是需要高精度、高速度的精密定位任务，或是需要长时间稳定运行的场合，建议选择闭环控制方式，确保系统的稳定性和可靠性。

综上所述，步进电机的控制方法多种多样，开环控制和闭环控制各有优劣。

在实际应用中，应根据具体需求来选择合适的控制方式，以达到最佳的控制效果。

步进电机作
为一种重要的执行元件，在自动化控制系统中具有重要的地位和作用，不断推动着工业自动化技术的发展。