内容发布更新时间 : 2024/4/28 22:00:55星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

高健桀：基于PLC步进电机控制系统的设计

角。细分就是在绕组换相时，不让它导通或者断开。我们以某种电机来说明步距角二细分,如图3-6 。当电机在A相通电的时候，转子在A-A’之间，当A相通电变为A、B 两相通电后，转子转过角,停A 、B两相中间①处，转距与绕组电流成正比，B 相绕组电流不是由0直接上升至额定电流，先到中间位置，转子不是转到位置①，而停在②处；同样，当A 、B 两相通电变为B 相通电，如果A 相电流并不是由额定电流降到0，则转子将不会转到位置B－B’，而是转到位置③，精度从而提高，这就是步进电机二细分理论。综上所述，定子绕组电流并不是由0 变到额定值，或由额定值变为0，而分十级一步一步完成，即B相绕组用一样的间隔通电0－0.1Ie－0.2Ie??0.9Ie－Ie，A 相以同样的时间按下过程减小电流Ie－0.9Ie??0.2Ie－0.1Ie－0，如此，步进电机就完成了十细分。我们可以看到，细分就是使电机各相电流有序升级，降级，来提高精度。

图3-6 步进电机步矩角细分示意图

我们选择恒频斩波细分控制，它就是斩波恒流驱动电路的进一步改进。在驱动电路里，绕组电流的大小是由比较器给定的电压值决定的，实际上这个给定的电压是一个固定值。现在给定的电压值用阶梯电压来替换，我们就会得到阶梯电流波。

该电路驱动如下3-7，单片机为主体，经过T0输出20kHz方波，送给D触发器，当作信号。单片机将数字信号送到到D/A转换器，当作控制信号。阶梯电压每一次变化都会使转子走步。

恒频斩波细分原理就在于D/A转换器输出的电压不确定时，恒频信号上升沿会使D触发器动作，使其输出的电平为高电平，开关管VT1、VT2开始动作，绕组电流自然上升，取样电阻R2的压降提高，压降大于ua，比较器就会输出低的电平，然后D触发器输出低电平，VT1、VT2断开，绕组电流降低。当R2压降小于ua，比较器输出的就是高电平，然后D触发器输出的电平也为高电平，VT1、VT2通电，绕组的电流就会上升。然后反复操作，使电流波形为锯齿波。CLK脉冲频率比较高，锯齿形波纹较小。CLK、阶梯波确定电压，VT1控制电压还有绕组电流波形如下3-8所示。

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图3-7恒频斩波细分驱动电路

图3-8恒频斩波细分驱动的电流波形

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4 系统设计

该控制系统通过西门子的编程软件STEP7-Micro/WIN32来实现。前面我们已经详细讲解和介绍步进电机的控制方案设计，本章我们开始对控制系统的软件进行详细的讲解。对于系统软件的介绍有利于我们更好的理解程序的编写和程序的进程。这一章节主要讲解该系统操作步骤的相关程序，同时对这些程序进行了具体的注解，以便于理解。详细的PLC程序查阅论文末尾附录。

4.1步进电机程序设计及分析

程序控制图如下

图4-1 控制流程图

因为上面的要求，我们能够给出电机在运行的过程图，如图4-1。我们以框图作为依据，

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思考控制更多的要求，我们先将程序分为4块进行编程，即模块1：步进速度选择；模块2：起动、停止；模块3：正转、反转；模块4：移位控制功能模块；模块:5：A、B、C、D、E五相绕组对象控制。第二步，连接模块，然后进行调试、处理、满足要求。

4.2 PLC 程序设计

4.2.1 步进控制设计

对采用移位指令进行步进控制。第一是确定移位寄存器MW0，依据五相十拍的规律，移位寄存器初值如下。

表4-3 移位寄存器初值

M1.1 M1.0 M0.7 M0.6 M0.5 M0.4 M0.3 M0.2 M0.1 M0.0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0

每次右移，电机就前进一拍，十拍以后再从新开始。其中M1.2、M1.3、M1.4、M1.5、M1.6和M1.7始终为“0”。所以，我们能给出移位寄存器输出状态还有电机绕组状态的真值表，下图所示。这样我们能得出绕组的关系式：

正转时:

A相Q0.0=M1.1+M0.3+M0.2+M0.1+M0.0 B相Q0.1=M1.1+M1.0+M0.7+M0.1+M0.0 C 相Q0.2=M1.1+M1.0+M0.7+M0.6+M0.5 D相Q0.3=M0.7+M0.6+M0.5+M0.4+M0.3 E相Q0.4= M0.5+M0.4+M0.3+M0.2+M0.1 反转时:

A相Q0.0=M1.1+M1.0+M0.7+M0.6+M0.0 B相Q0.1=M1.1+M1.0+M0.2+M0.1+M0.0

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C相Q0.2=M0.4+M0.3+M0.2+M0.1+M0.0 D相Q0.3=M0.6+M0.5+M0.4+M0.3+M0.2 E相Q0.4=M1.0 +M0.7+M0.6+M0.5+M0.4

表4-4 移位寄存器输出状态及步进电机绕组状态真值表（正转）

移位寄存器MW0

M1.1 M1.0 M0.7 M0.6 M0.5 M0.4 M0.3 M0.2 M0.1 M0.0

A

正转

B

C

D

E

1 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 1 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 1 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 1 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 1 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 1 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 1 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 1 0 0

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0 0 0 0 0 0 0 0 1 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

1 0 0 0 0 0 1 1 1 1

1 1 1 0 0 0 0 0 1 1

1 1 1 1 1 0 0 0 0 0

0 0 1 1 1 1 1 0 0 0

0 0 0 0 1 1 1 1 1 0