步进电机 机械专业毕业设计.doc

摘 要 随着高精密加工技术的不断发展，人们对工作台的加工精度提出了越来越高的要求。而工作台的定位精度是影响其加工精度的主要因素之一，所以如何方便实用的提高对工作台的精确定位成为现在各个方面都在研究的重要课题。而对于开环和半闭环控制系统，由于开环环节的存在，使得我们在本次研究过程中的定位精度受到了一定的限制，对于工作台的定位精度主要取决于电机的控制精度以及程序控制误差的双重影响，为了达到最大限度的满足两自由度工作台X-Y的精确定位，本设计主要从基于高速脉冲的精确定位出发，以满足和提高现代机床的定位操作，从而满足人们两自由度工作台越来越高的要求。 为了在一定场合取代高成本的定位控制，实现定位控制系统最优的性价比，采用S7-200系列PLC作为控制器，控制步进电机运行以实现准确定位。，得出了确定位控制系统设计与实施的关键，并给出了实现确定位的控制方案及PLC程序。这种使用PLC实现的定位方法具有快速、确、成本低、易于实现的特点，在工业生产中十分实用。 引 言 　步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号时就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（称为“步距角”），其旋转以固定的角度运行。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量以达到准确定位的目的;同时也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度而达到调速的目的。步进电机作为一种控制用的特种电机，因其没有积累误差（精度为100%）而广泛应用于各种开环控制。　　可编程序控制器（PLC）是专为在工业环境下应用而设计的一种工业控制计算机，具有抗干扰能力强、可靠性极高、体积小等显著优点，是实现机电一体化的理想控制装置。通过对步进电机定位与PLC的深入研究，本文提出了利用PLC的高速脉冲输出实现步进电机位置控制功能的有关见解与方法，介绍了步进电机加减速控制原理以及用PLC实现步进电机快速精确定位的方法，给出了位置控制系统方案及软件设计思路，在实验室内运行通过，对于工矿企业实现相关步进电机的精确定位控制具有较高的应用与参考价值 1.3.2方案要点 （1）两自由度X-Y工作台控制系统的设计。PLC可编程控制器作为本设计的关键部分，必须有合理精确的程序作为控制指令。 （2） （3） 第二章 系统方案总体设计 2.1设计思想 利用PLC的高速脉冲指令控制步进电机实现准确定位目前世界上主要的PLC厂家生产的PLC均有专门的高速脉冲输出指令，可以很方便地和步进电机构成运动定位控制系统。由PLC高速脉冲指令控制步进电机实现准确定位的实质是PLC通过高速脉冲输出指令PTO/PWM输出高速脉冲信号，经步进电机脉冲细分驱动器控制步进电机的运行，从而推动工作台移动到达指定的位置，实现准确定位。工作台移动的距离与PLC脉冲数之间的关系为： 　　 ? 　　式中：N为PLC发出的控制脉冲的个数;n为步进电机驱动器的脉冲细分数(如果步进电机驱动器有脉冲细分驱动);θ为步进电机的布距角，即步进电机每收到一个脉冲变化，轴所转过的角度;d为丝杠的螺纹距，它决定了丝杠每转过一圈，工作台面前进的距离;δ为脉冲当量(定位精度);i为传动速比;L为工作台移动的距离。 　　显然，利用PLC控制步进电机实现准确定位的关键是对PLC产生的脉冲数的设定。而脉冲数与脉冲当量、传动速比、步进电机驱动器的细分数以及脉冲频率等都有关。 以货物仓储系统中的对直线导轨的定位控制设计为例加以说明。在仓储系统中，要求由步进电机拖动直线导轨将料块送到指定的仓库门口。假设从起点到终点的运送距离为100 mm，即要求由步进电机带动导轨作直线运动，定位距离为100 mm。为实现准确定位，系统采用西门子S7-200系列CPU22型PLC、四通57BYG250C混合式步进电机和森创SH-20403步进电机驱动器等设备。其中CPU226型PLC的CPU有两个脉冲发生器，分别是Q0.0端子和Q0.1端子。这两个端子均可输出PTO/PWM高速脉冲信，脉冲频率可达20 kHz。根据控制要求，系统拟采用高速脉冲串输出PTO功能，PTO功能可输出一定脉冲个数和占空比为50%的方波信号。输出脉冲的周期以μs或ms为增量单位。PTO功能允许多个脉冲串排队输出，从而形成流水线。流水线分为两种：单段流水线和多段流水线。为了消除电机的低频振荡，提高分辨率，采用了步进电机细分驱动器，驱动步距角为0.9°/1.8°，脉冲细分数设定为4。为保证速度和定位精度要求，步进电机运行一般要经历三个过程，即启动加速、恒速运行和接近定位点时的减速运行。为了维护步进电机以及驱动设备，要求驱动脉冲频率也线性增大，所以，本定位控制系统采用多管线操作，控制电机的运行过程。设直线导轨起始位置在A点，现欲从A点移至D点，其中AD=100