实验六 步进电机控制实验
一、实验目的：
1.了解步进电机的原理以及控制方法。
2.掌握对步进电机的编程。
二、实验内容：
1.编写程序实现步进电机的正反转。
2.编写程序实现对步进电机的单步运行。
三、实验设备：
1.ARM教学实验平台。
2. ADS 1.2集成开发环境和ARM仿真器。
3.串口连接线。
四、实验原理：
1．步进电机介绍
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制组件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。
这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。
单相步进电动机有单路电脉冲驱动，输出功率一般很小，其用途为微小功率驱动。多相步进电动机有多相方波脉冲驱动，用途很广。使用多相步进电动机时，单路电脉冲信号可先通过脉冲分配器转换为多相脉冲信号，在经功率放大后分别送入步进电动机各项绕组。每输入一个脉冲到脉冲分配器，电动机各相的通电状态就发生变化，转子会转过一定的角度（称为步距角）。正常情况下，步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比；连续输入一定频率的脉冲时，电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。
2．常用步进电机类型
反应式步进电动机（VR）：结构简单，生产成本低，步距角可以做的相当小，但动态性能相对较差。
永磁式步进电动机（PM）：出力大，动态性能好；但步距角一般比较大。
混合步进电动机（HB）：综合了反映式和永磁式两者的优点，步距角小，出力大，动态性能好，是性能较好的一类步进电动机。
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步进电机单轴定位控制实验
一、实验目的 ：
1．学习和掌握步进电机及其驱动器的操作和使用方法 ；
2．学习和掌握步进电机单轴定位控制方法 ；
3．了解步进电机的频率特性 ；
二、实验内容及步骤 ：
本实验的内容是对步进电机进行单轴定位控制。其研究对象为X轴。控制系统原理图如图6-1所示。其中，20GM位置控制单元，它既可实现单轴位置控制，又可实现双轴联动位置控制（本实验是对X轴进行单轴位置控制）。
图6-1 控制系统原理图
实验步骤 ：
1．学生根据图6-2接线（为安全起见，步进电机M和驱动器SH-20806C的主控电路以及PLC外围的继电器KA1、接触器KM2输出线路已接好）；
2．征得老师同意后，合上断路器QF1和QF2 ；
3．将编程电缆连于 PLC 上，利用PC机上的编程软件“FXGP/WIN-C”向PLC输入PLC控制程序（此时，PLC的状态开关拔向编程位置“STOP”） ；
4．将编程电缆连于20GM上，利用PC机上的定位软件“FXVPS-E”向20GM输入定位程序（此时，20GM的状态开关拔向手动位置“MANU”） ；
5．将PLC的状态开关拔向运行位置“RUN”，运行PLC，接触器KM2的主触头闭合，驱动器SH-20806C得电 ；
6．将20GM的状态开关拔向自动位置“AUTO” ；
7．按“复位”按钮，X轴复位。读取此时指针指向的标尺位置A ；
8．按“启动”按钮，运行20GM，使X轴以1000脉冲/S的速度正向移动50MM，读取此时指针指向的标尺位置B ；
9．按“停止”按钮，20GM停止运行 ；
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步进电机的工作流程
步进电机是一种将电能转换为机械能的电机，其工作原理是通过依次通断不同的电流来驱动电机转动。步进电机通常由定子和转子两部分组成，定子是固定的，而转子则可以旋转。步进电机的工作流程包括以下几个主要步骤：
1. 接收控制信号
步进电机的工作需要一个控制系统来提供控制信号。控制信号可以通过外部控制器或者专门的驱动模块来提供。这些信号会告诉电机何时以及如何运转。
2. 通电启动
当接收到控制信号后，步进电机会开始通电启动。通过给定的电压和电流，电机开始工作，提供所需的能量来产生磁场。
3. 磁场建立
步进电机的定子上会固定若干个电磁线圈，通过给线圈通电可以产生磁场。根据电流的方向和大小，磁场会不断地在定子上变化，从而吸引或排斥转子的磁极。
4. 转子移动
根据磁场的变化，转子会受到吸引或排斥的力，从而开始转动。转子的每次移动被称为一步，每一步的大小取决于电流的变化情况。
5. 步进运动
步进电机的转子会按照一定的步进角度进行运动，每次移动一个固定的步长。这种逐步运动可以精确控制电机的位置和速度，适用于需要高精度的应用场景。
6. 反馈检测
在步进电机工作的过程中，通常会配备位置传感器或者编码器来实时检测转子的位置。这些信息可以反馈给控制系统，用于监控和调整电机的运行状态。 2
7. 停止运转
当步进电机完成所需的运动任务或者接收到停止信号时，电机会停止工作并进入静止状态。这样可以确保电机不会持续消耗能量，同时延长电机的使用寿命。
综上所述，步进电机通过不断地通断电流来驱动转子进行精确的步进运动，广泛应用于打印机、数控机床、机器人等自动化设备中。步进电机的工作流程简单而有效，能够满足对位置控制和速度控制有特殊要求的场景需求。
六线步进电机工作原理
小伙伴，今天咱们来唠唠六线步进电机这个超有趣的小玩意儿的工作原理呀。
你看啊，六线步进电机呢，就像是一个超级听话的小助手，只要你给它合适的指令，它就能按照你的想法乖乖转动。这电机里面啊，有好多小秘密呢。
咱先说说它的构造吧。这六线步进电机里面有定子和转子。定子呢，就像是一个固定的小房子，它上面绕着好多线圈。这些线圈可重要啦，就像是小房子里的魔法绳索。而转子呢，就住在这个定子的小房子中间，就像住在房子里的小精灵。转子一般是永磁体，有自己的小磁场。
那这电机是怎么动起来的呢？这就和它的六根线有关啦。这六根线连接着不同的线圈，就像是六根神奇的小辫子。当我们给这些线通电的时候，就像是在拉这些小辫子，给电机下命令呢。
比如说，我们给其中一组线圈通电，这个时候呢，定子的这个部分就会产生一个磁场。这个磁场就会和转子的磁场相互作用。你可以想象成两个小磁铁，一个是定子产生的“临时磁铁”，一个是转子这个永磁体小磁铁。它们之间会互相吸引或者排斥。如果是吸引呢，就会拉动转子转一点点；要是排斥呢，也会推动转子往某个方向转动一点。
然后我们再改变通电的线圈组合。就像是换一种拉小辫子的方式。每换一种组合，定子产生的磁场就会变个样子，这样就又会对转子产生新的作用力。转子就会再转动一点点。就这样，通过不断地改变通电的线圈组合，也就是不断地变换拉小辫子的方式，转子就会一步一步地转动起来啦。
而且哦，这个转动的精度还特别高呢。就像是一个特别听话的小舞者，你让它转多少步，它就会非常精准地转多少步。不像有些电机，转起来就像个喝醉了酒的大汉，晃晃悠悠还没准头。 你要是把六线步进电机想象成一个小宠物的话，那这六根线就是你指挥小宠物的小魔杖。你怎么挥动魔杖，小宠物就怎么行动。它可不会调皮捣蛋，只要你按照正确的方式去指挥它。
这六线步进电机在好多地方都有大用处呢。比如说在打印机里，它就负责带动打印头精确地移动，这样才能把字或者图案打印得整整齐齐的。要是没有它这么精确的小助手，那打印出来的东西可就乱七八糟啦，就像小孩子乱画的一样。
