步进电机驱动与控制系统的设计_李国厚

DOI10.13436/j.mkjx.2008.02.085第29:卷第2期

2008年　2月

29No.2煤　矿　机　械　　　　　　　　　　　　　　　　Vol.

Feb.2008

步进电机驱动与控制系统的设计

李国厚

(河南科技学院,河南新乡453003)

摘要:PLC由于简单易学和可靠性高等优点而被广泛应用。步进电机是一种常用的机电执行元件,相应的驱动和控制电路对于其整体性能起着非常重要的作用。采用PLC和大功率晶体管实现步进电机的驱动和控制。整个系统具有结构简单、可靠性高、成本低和实用性强等特点,具有

较高的通用性和应用推广价值。

关键词:步进电机;控制器;驱动器

中图分类号:TM383.6　文献标志码:A　文章编号:1003-0794(2008)02-0114-03

DesignofDriveandControlSystemforStepperMotor

LIGuo-hou

(HenanInstituteofScienceandTechnology,Xinxiang453003,China)

Abstract:PLCsarewidelyusedbecauseoftheirsimplicityandhighreliability.Thesteppermotorisakindof

conventionalelectromechanicexecutiveelements,andthecorrespondingdrivingandcontrolcircuitshaveveryimportanteffectsuponitsoverallperformance.PLCandthehigh-powertransistorsareusedtoimplementeddrivingandcontrolofthesteppermotor.Thewholesystemhassuchfeaturesassimplestructure,highreli-ability,lowcost,andgoodpractibility,etc.,andpossessesbetterversatilityandhighervaluesofapplicationandgeneralization.Keywords:steppermotor;controller;driver0　引言

PLC作为新一代的工业控制器,由于具有通用性好、实用性强、硬件配套齐全、编程简单易学和可靠性高等优点而广泛应用于各行业的自动控制系统中。

步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或角位移的控制电机,其位移速度与脉冲频率成正比,位移量与脉冲数成正比。步进电机在结构上也是由定子和转子组成,可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。当定子上绕组通电时,可产生激励磁场,并与转子形成回路。如果转子和定子之间的齿没有对齐,由于磁力线力图走磁阻最小的线路,从而带动转子旋转一角度,使转子的一对磁极磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子绕组矢量磁场旋转一个角度,转子也随着该磁场旋转一个角度。因此,控制电机转子旋转实际上就是以一定的规律控制定子绕组的电流来产生旋转的磁场。每来一个脉冲电压,转子就旋转一个步距角,称为一步。根据电压脉冲的分配方式,步进电机各相绕组的电流轮流切换,在供给连续脉冲时,就能一步一步地连续转动,从而使电机旋转。每转一周的步数相同,在不丢步的情况下运行,其步距误差不会长期积累。随着电力电子技术的发展,可以实现细分驱动,即将一个步距角细分成若干小步来驱动。步进电机必须使用专用的

步进电机驱动设备才能够正常工作。步进电机系统的运行性能,除与电机自身的性能有关外,在很大程度上还取决于驱动设备性能的优劣。1　控制原理

常用的步进电机分为反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机和单相式步进电机等类型,不同的步进电机在控制方式上基本是一样的。其中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。在实际应用中,反应式步进电机比较常用。步进电机具有步进数可控、运行平稳,价格便宜等优点。作为控制执行元件,步进电机是机电一体化的关键产品之一,广泛应用在各种控制系统和精密机械等领域。

步进电机可以直接接受数字信号,不需要进行数字与模拟量的转换,具有高精度的快速启停能力。如果选用三相六拍,步距是1.5°,即进一步,电机转动1.5°,也即200步才能转动1周。步进电机直接由数字信号控制,其控制程序可以分为脉冲序列的生成、方向的控制、步进电机变速控制程序三部分。1.1　步进电机控制的基本原理

步进电机的基本控制包括转向控制和速度控制2个方面。从结构上看,步进电机分为三相、四相、五相等类型,常用的则以三相为主。三相步进电机