步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)

步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)第一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私獠竭M(jìn)電機(jī)的工作原理和基本控制原理。掌握用PLC控制步進(jìn)電機(jī)硬件連線和梯形圖編程方法；掌握MPC07運(yùn)動控制卡對步進(jìn)電機(jī)的控制及其工作原理熟練使用VB進(jìn)行運(yùn)動軌跡的編程通過本實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生對自動化控制的熟悉和了解,鍛煉學(xué)生的動手和實(shí)踐能力第二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日實(shí)驗(yàn)器材和設(shè)備PLC模塊計(jì)算機(jī)一臺EM-300型步進(jìn)電動機(jī)控制系統(tǒng)一臺一維工作臺(帶步進(jìn)電機(jī)α=1.8°)一臺MPC07演示軟件PLC應(yīng)用板(omronSYSMACCPM2A)一塊步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器一塊霍爾傳感器一個(gè)多功能電源板一塊導(dǎo)線若干第三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日實(shí)驗(yàn)要求能夠?qū)崿F(xiàn)以下工作循環(huán)過程(全自動單周期)如下圖：行程快進(jìn)工進(jìn)快退速度實(shí)現(xiàn)工作臺斷電后通電自動復(fù)位功能，即任意位置能夠自動返回到零位。利用行程開關(guān)實(shí)現(xiàn)極限位置保護(hù)功能（即滑塊觸到極位開關(guān)就停止運(yùn)行）行程快進(jìn)工進(jìn)快退速度第四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日實(shí)驗(yàn)儀器簡介：

步進(jìn)電機(jī)是一種電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的機(jī)電執(zhí)行元件。當(dāng)有脈沖信號輸入時(shí)，步進(jìn)惦記就一步一步的轉(zhuǎn)動，每個(gè)輸入脈沖對應(yīng)電機(jī)的一個(gè)固定轉(zhuǎn)角，故稱為步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)屬于同步電機(jī)，多數(shù)情況用做伺服電機(jī)，且控制簡單，工作可靠，能夠得到較高的精度。它是唯一能夠以開環(huán)結(jié)構(gòu)用于數(shù)控機(jī)床的伺服電動機(jī)。步進(jìn)電機(jī)按其勵磁相數(shù)可分為三相、四相、五相、六相等；按其工作原理可分為反應(yīng)式、永磁式合混合式三大類。〈一〉、步進(jìn)電機(jī)概述第五頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日實(shí)驗(yàn)儀器簡介：

步進(jìn)電機(jī)是一種電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的機(jī)電執(zhí)行元件。當(dāng)有脈沖信號輸入時(shí)，步進(jìn)惦記就一步一步的轉(zhuǎn)動，每個(gè)輸入脈沖對應(yīng)電機(jī)的一個(gè)固定轉(zhuǎn)角，故稱為步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)屬于同步電機(jī)，多數(shù)情況用做伺服電機(jī)，且控制簡單，工作可靠，能夠得到較高的精度。它是唯一能夠以開環(huán)結(jié)構(gòu)用于數(shù)控機(jī)床的伺服電動機(jī)。步進(jìn)電機(jī)按其勵磁相數(shù)可分為三相、四相、五相、六相等；按其工作原理可分為反應(yīng)式、永磁式合混合式三大類?！匆弧怠⒉竭M(jìn)電機(jī)概述第六頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日實(shí)驗(yàn)儀器簡介：

3、步進(jìn)電機(jī)的基本特點(diǎn)：步進(jìn)電機(jī)受點(diǎn)脈沖信號的控制。每輸入以各脈沖信號，就變換以磁繞組的通電狀態(tài)，電機(jī)就相應(yīng)的轉(zhuǎn)動以步，因此電機(jī)的總回轉(zhuǎn)角合輸入脈沖個(gè)數(shù)嚴(yán)格成正比關(guān)系，電機(jī)的轉(zhuǎn)速則正比于脈沖的輸入頻率。改變步進(jìn)電機(jī)的定子繞組的通電順序，可以獲得所需要的轉(zhuǎn)向。改變輸入脈沖頻率，則可以得到所需要的轉(zhuǎn)速（但是不能夠超出極限頻率）。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)脈沖輸入停止時(shí)，只要維持繞組的激勵電流不變，電機(jī)保持在原固定位置上，因此可以獲得較高的定位精度，不需要安裝機(jī)械制動裝置從而達(dá)到精確制動。誤差不長期積累，轉(zhuǎn)角精度高。由于每轉(zhuǎn)過360°后，轉(zhuǎn)子的累積誤差為零，轉(zhuǎn)角精度較高。反映時(shí)間快。缺點(diǎn)：效率低、沒有過載能力?！匆弧?、步進(jìn)電機(jī)概述第七頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日實(shí)驗(yàn)儀器簡介：

4、步距角的大小和通電方式、轉(zhuǎn)子齒數(shù)、定子勵磁繞組的相數(shù)的關(guān)系： （本實(shí)驗(yàn)α=1.8°）

α=360°/mZKm——步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)；Z——轉(zhuǎn)子齒數(shù)；K——通電方式系數(shù)。相鄰兩次通電，相的數(shù)目相同K=1；相鄰兩次通電，相的數(shù)目不同K=2?！匆弧怠⒉竭M(jìn)電機(jī)概述第八頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日實(shí)驗(yàn)儀器簡介：

MPC07主要適用于點(diǎn)位運(yùn)動控制系統(tǒng)。MPC07控制卡是基于PC機(jī)PCI總線的步進(jìn)電機(jī)或數(shù)字式伺服電機(jī)的上位控制單元，它與PC機(jī)構(gòu)成主從式控制結(jié)構(gòu)：PC機(jī)負(fù)責(zé)人機(jī)交互界面的管理和控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控等方面的工作（例如鍵盤和鼠標(biāo)的管理、系統(tǒng)狀態(tài)的顯示、控制指令的發(fā)送、外部信號的監(jiān)控等等）；MPC07卡完成運(yùn)動控制的所有細(xì)節(jié)（包括脈沖和方向信號的輸出、自動升降速的處理、原點(diǎn)和限位等信號的檢測等等）。每塊MPC07卡可控制4軸步進(jìn)電機(jī)或數(shù)字式伺服電機(jī)，并支持多卡共用，以實(shí)現(xiàn)多于四個(gè)運(yùn)動軸的控制；每軸均可輸出脈沖和方向信號，以控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)；同時(shí)，可外接原點(diǎn)、減速、限位等開關(guān)信號，以實(shí)現(xiàn)回原點(diǎn)、保護(hù)等功能，這些開關(guān)信號由MPC07卡自動檢測并作出反應(yīng)。另外，MPC07卡提供了的通用I/O接口，用于開關(guān)量控制?！炊怠PC07運(yùn)動控制卡的軟硬件第九頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日實(shí)驗(yàn)儀器簡介：

4.MPC07卡采用先進(jìn)的控制芯片，具有梯形升降速曲線，最高輸出頻率可達(dá)4.0MHz，有編碼器反饋端口，主要適用于步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，也可用于有編碼器反饋的數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)。5MPC07配備了功能強(qiáng)大、內(nèi)容豐富的Windows驅(qū)動程序、DLL函數(shù)庫及示例程序。MPC07在插補(bǔ)算法和運(yùn)動函數(shù)的執(zhí)行效率方面采用了更有效的方法，提高了插補(bǔ)精度、插補(bǔ)速度和實(shí)時(shí)性。利用MPC07的示例程序既可以很快地熟悉MPC07控制卡的軟、硬件功能，又可以方便快捷地測試執(zhí)行電機(jī)及驅(qū)動系統(tǒng)在完成各種運(yùn)動時(shí)的性能特性。MPC07運(yùn)動函數(shù)庫用于二次開發(fā)，用戶只要用VC＋＋或VisualBasic等支持Windows標(biāo)準(zhǔn)32位動態(tài)鏈接庫（DLL）調(diào)用的開發(fā)工具編制所需的用戶界面程序，并把它與MPC07運(yùn)動庫鏈接起來，就可以開發(fā)出自己的控制系統(tǒng)，例如：數(shù)控系統(tǒng)、檢測設(shè)備、自動生產(chǎn)線等。MPC07的運(yùn)動函數(shù)庫能夠完成與運(yùn)動控制有關(guān)的復(fù)雜細(xì)節(jié)（比如：升降速、直線插補(bǔ)等），這樣就可以大大縮短控制系統(tǒng)的開發(fā)周期?！炊怠PC07運(yùn)動控制卡的軟硬件第十頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日實(shí)驗(yàn)儀器簡介：

使用該模塊時(shí)注意以下事項(xiàng)：在供電時(shí)不要撤卸任何單元，這樣可能導(dǎo)致電擊；供電時(shí)不要觸及任一端子或端子板，這樣可能導(dǎo)致電擊；在傳送程序給其它節(jié)點(diǎn)時(shí)，或在對I/O存儲器進(jìn)行改變時(shí)，在傳送前要確認(rèn)目的節(jié)點(diǎn)的安全；連結(jié)導(dǎo)線時(shí)一定要按要求進(jìn)行，否則造成不必要的元件燒壞。〈三〉、可編程控制器的概述可編程控制器是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型工業(yè)自動控制裝置。因此，PLC實(shí)際上就是一種工業(yè)控制微機(jī)，因而它的硬件結(jié)構(gòu)與一般微機(jī)控制系統(tǒng)相似，其主體由微處理器（CPU）、存儲器、輸入模塊、輸出模塊、電源及編程器組件構(gòu)成。本實(shí)驗(yàn)所用的PLC是omron公司的CPM2A系統(tǒng)。第十一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日實(shí)驗(yàn)儀器簡介：

〈三〉、可編程控制器的概述本實(shí)驗(yàn)主要利用PLC的特殊功能――脈沖輸出控制對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，因此在實(shí)驗(yàn)前必須對歐姆龍PLC的CPM2A的脈沖輸出控制功能的編程知識進(jìn)行預(yù)習(xí)。第十二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日本實(shí)驗(yàn)分為二部分內(nèi)容：1、通過操作可編程控制器對步進(jìn)電機(jī)及一維工作臺進(jìn)行編程控制。2、通過對MPC07運(yùn)動控制卡進(jìn)行二次開發(fā)（VB編程）實(shí)現(xiàn)對一維工作臺的編程控制。實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容

第十三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容

熟悉PLC實(shí)驗(yàn)?zāi)K、多功能實(shí)驗(yàn)?zāi)K、滑塊和霍爾傳感器,掌握其正確使用方法;（注意PLC實(shí)驗(yàn)?zāi)K的端口設(shè)置）讀懂所給程序,理解程序中用的各指令的功能和在程序中具體的作用,具體指令用法如下:MOV(21)

S

D當(dāng)執(zhí)行條件位ON時(shí),將數(shù)據(jù)S傳送到通道D中.<1>MOV/@MOV(傳送指令)一）、PLC步進(jìn)電機(jī)控制第十四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容

當(dāng)復(fù)位端R位OFF時(shí),再SP端的每個(gè)移位脈沖的上升沿時(shí)到E通道中的所有數(shù)據(jù)按位依次左移一位.E通道中數(shù)據(jù)的最高位溢出丟失,St通道中的最底位則移進(jìn)IN端的數(shù)據(jù);SP端沒有移位脈沖則不移位;當(dāng)復(fù)位打R為ON時(shí),St到E所有通道均復(fù)位位零,且移位指令不執(zhí)行.SFT(10)

St

EINSPR<2>SFT(移位寄存器指令)一）、PLC步進(jìn)電機(jī)控制第十五頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容

P——端口定義C——控制數(shù)據(jù)（00-相對脈沖，000-相對脈沖）

N——脈沖數(shù)。<3>設(shè)置脈沖指令PULS（65）PULS(65)

P

C

N一）、PLC步進(jìn)電機(jī)控制第十六頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容

當(dāng)執(zhí)行條件為ON時(shí)，定時(shí)器進(jìn)入工作狀態(tài)，而當(dāng)執(zhí)行條件OFF時(shí)，定時(shí)器復(fù)位，恢復(fù)到SV設(shè)定值。<4>TIM定時(shí)器TIM

SV一）、PLC步進(jìn)電機(jī)控制第十七頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容

P——端口定義；M——輸出模式；（000-獨(dú)立模式001-絕對模式）F——目標(biāo)頻率。<5>速度輸出指令（SPED（64））SPED(64)

P

M

F一）、PLC步進(jìn)電機(jī)控制第十八頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容

P、C意義同上，P1：PV首字。<6>模式控制（INI（61））INI（61）

P

C

P1一）、PLC步進(jìn)電機(jī)控制第十九頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容

3、按所給圖紙正確的連接各實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系慕涌?，結(jié)好后并檢查接線是否準(zhǔn)確無誤。4、完成以上工作后，編寫PLC控制程序?qū)崿F(xiàn)一維工作臺的快進(jìn)、工進(jìn)、快退。并觀察滑臺的運(yùn)動規(guī)律；一）、PLC步進(jìn)電機(jī)控制第二十頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容

控制程序參數(shù)表：運(yùn)動過程頻率脈沖數(shù)行程快進(jìn)工進(jìn)快退一）、PLC步進(jìn)電機(jī)控制第二十一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容

運(yùn)動次數(shù)零位到終點(diǎn)距離（mm）誤差?=|L-L總|/L總*100%

1L1=

2L2=

3L3=

4L4=5、完成以上操作后，整理實(shí)驗(yàn)臺，并記錄整理數(shù)據(jù)。一）、PLC步進(jìn)電機(jī)控制第二十二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容

二）、MPC07運(yùn)動控制卡控制步進(jìn)電機(jī)連接EM-300型步進(jìn)電動機(jī)控制系統(tǒng)與一維工作臺，根據(jù)MPC07運(yùn)動控制卡操作手冊，熟練使用DEMO軟件的控制界面對一維工作臺的運(yùn)動進(jìn)行控制。根據(jù)預(yù)習(xí)題1的內(nèi)容，編制運(yùn)動控制程序。經(jīng)指導(dǎo)老師檢查同意后，接通EM-300型步進(jìn)電動機(jī)控制系統(tǒng)電源，開始實(shí)驗(yàn)，調(diào)試程序并運(yùn)行系統(tǒng)。結(jié)束實(shí)驗(yàn)后，關(guān)閉EM-300型步進(jìn)電動機(jī)控制系統(tǒng)電源，將實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備歸位。第二十三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日思考題本實(shí)驗(yàn)步進(jìn)電機(jī)每輸入一個(gè)脈沖，滑臺前進(jìn)多少或后退多少？（即脈沖當(dāng)量是多少？）分析造成滑臺的運(yùn)動誤差的原因有那些？可以用那些措施來減少實(shí)驗(yàn)誤差？通過本次實(shí)驗(yàn)，你對在實(shí)際中選擇運(yùn)動控制器的意義有何認(rèn)識？你對本實(shí)驗(yàn)有何心得體會？敘述運(yùn)動控制程序的調(diào)試過程（VB編程）?？焱诉^程中，快退的行程是靠什么來控制的？事實(shí)上該控制可以近似步進(jìn)電機(jī)多少個(gè)脈沖輸入控制？霍爾傳感器在本實(shí)驗(yàn)中的作用是什么？分析在滑塊剛起步時(shí)、走到終點(diǎn)和返回到起點(diǎn)時(shí)，都有一個(gè)緩沖現(xiàn)象。（提示：從PLC試驗(yàn)?zāi)K進(jìn)行分析）在執(zhí)行完第一個(gè)周期后，再次執(zhí)行第二個(gè)周期啟動時(shí)有一個(gè)明顯的延遲（或者起動死區(qū)），試分析其原因和對誤差有什么影響？試分析解決方法。第二十四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日預(yù)習(xí)要求、報(bào)告要求預(yù)習(xí)要求預(yù)習(xí)MPC07運(yùn)動控制卡操作手冊中的有關(guān)內(nèi)容：運(yùn)動控制系統(tǒng)的開發(fā)函數(shù)描述常見問題及解決方法函數(shù)索引預(yù)習(xí)可編程控制器的編程手冊脈沖輸出控制相關(guān)知識。參考MPC07運(yùn)動控制卡操作手冊P41中的有關(guān)內(nèi)容，設(shè)計(jì)一個(gè)運(yùn)動過程，在VB環(huán)境下編寫完成該運(yùn)動過程的程序代碼。參考可編程步進(jìn)電機(jī)控制器的編程及使用說明書，設(shè)計(jì)一維工作臺往復(fù)運(yùn)動的控制程序，運(yùn)動距離、速度，重復(fù)次數(shù)等參數(shù)請同學(xué)們自己選擇，同時(shí)要求使用傳感器作為限位控制。報(bào)告