基于PLC的步进电机驱动控制设计毕业设计设计说明书.doc

第一章绪论

在电气时代的今天,电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。无论是在工农业生产还是在日常生活中的家用电器,都大量地使用着各种各样的电动机。因此,对电动机的控制变得越来越重要。电动机的控制技术的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动控制技术、微机应用技术的最新发展成就。正是这些技术的进步使电动机控制技术化。
步进电机是机电控制中一种常用的执行机构,其原理是通过对它每相线圈中的电流和顺序切换来使电机作步进式旋转。驱动电路由脉冲信号来控制,所以调节脉冲信号的频率便可改变步进电机的转速。通俗的说:当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(即步进角)。通过控制脉冲个数即可以控制角位移量,从而达到精确定位的目的。同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。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)和单项式步进电机等。永磁式步进电机一般为两相,转矩和体积较小,;反应式步进电机一般为三相,可实现大转矩输出,,但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成,定子上有多相励磁绕组,利用磁导的变化产生转矩。混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的有点。它又分为两相和五相:,。这种步进电机的应用最为广泛。
步进电机的一些基本参数:
电机固有步距角:它表示控制系统每发出一个步进脉冲信号,电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值,(、),这个步距角可以称之为“电机固有步距角”,它不一定是电机实际工作时的真正步距角,真正的步距角和驱动器有关。
步进电机的相数:指电机内部的线圈组数,目前常用的有两相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同,其步距角也不同,、、。在没有细分驱动器时,用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器,则“相数”将变得没有意义,用户只需在驱动器上改变细分数,就可以改变步距角。
保持转矩:指步进电机通电但没有转动时,定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一,通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减,输出功率也随速度的增大而变化,所以保持转矩就成为衡量步进电机最重要的参数之一。比如:当人们说2N·m的步进电机,在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N·m的步进电机。
步进电机的一些特点:
①一般步进电机的精度为步进角的3%~5%,且不会将一步的误差累积到下一步,因而有较好的位置精度和运动的重复性;
②电机旋转的角度正比于脉冲数;
③电机停转时具有最大的转矩;
④优秀的起停和反转响应;
⑤由于没有电刷,可靠性较高,因此电机的寿命仅仅取决于轴承寿命;
⑥当步进电机转动时,低级各相绕组的电感将形成一个反向电动势,频率越高,反向电动势越大。在它的作用下,电机随频率(或速度)的增大而相电流减小,从而导致力矩下降;
⑦步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。空载启动频率:步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率,如果脉冲频率高于该值,电机不能正常启动,可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下,启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动,脉冲频率应该有加速过程,即启动频率较低,再按一定加速度升到预期的高频(电机转速从低速升到高速)。
PLC全称为可编程控制器,是在电气控制技术和计算机技术的基础上开发出来的,并逐渐发展成为以微机处理器为核心,将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。目前,PLC已被广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中,成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制装置。被公认为现代工业自动化的三大支柱(PLC、机器人、CAD/CAM)之一。
从近年的统计数据看,在世界范围内PLC产品的产量、销售、用量高居工业控制装置榜首。而且市场需求量一直以每年15%的比率上升。我国的PLC研制、生产和应用也发展得很快,尤其在应用方面更为突出。
PLC技术之所以高速发展,除了工业自动化的客观需求外,主要是因为它具有很多独特的有点,较好的解决了工业领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、经济问题。PLC可靠性高,抗干扰能力强,其平均无故障时间可达几十万个小时,之所以有这么高的可靠性,是由于它采用了一系列的硬件和