步进电机驱动与控制系统的设计_李国厚(3)

确达到另外一个速度,就要建立一个校验机制,以防超过或未达到所需速度。

1.4　步进电机的换向控制

步进电机换向时,一定要在电机降速停止或降到突跳频率范围之内再换向,以免产生较大的冲击而损坏电机。换向信号一定要在前一个方向的最后一个脉冲结束后以及下一个方向的第1个脉冲前发出。对于脉冲的设计主要要求其有一定的脉冲宽度、脉冲序列的均匀度及高低电平方式。在某一高速下的正、反向切换实质包含了降速※换向※加速3个过程。

2　PLC控制系统的设计

在采用PLC对步进电机进行控制的设计中,根据具体情况可选用多种不同的控制方案。常见的控制方案是利用PLC的高速脉冲输出功能输出脉冲信号,经过专用的步进电机驱动器去控制步进电机。由于小型PLC的高速脉冲输出端一般较少,这种控制方案要购置配套的驱动器,以产生控制步进电机的环型脉冲信号。

第2种常见的方案是用软件来产生控制步进电机的环型脉冲信号,并用PLC中的定时器来产生速度脉冲信号,这样就可以省掉专用的步进电机驱动器,降低硬件成本。但由于PLC的扫描周期一般为几毫秒到几十毫秒,相应的频率只能达到几百赫兹,因此,受到PLC工作方式的限制及其扫描周期的影响,步进电机不能在高频下工作,无法实现高速控制。并且在速度较高时,由于受到扫描周期的影响,相应的控制精度就降低了。

这里也采用软件来产生控制步进电机的环型脉冲信号,而速度脉冲信号则采用PLC的定时中断来产生,其最短时间为0.1ms,相应的频率可以达到10kHz,可以满足绝大多数的控制要求。应注意,PLC要选用晶体管输出型的,继电器输出型的实际输出频率很有限,不能满足控制要求。

采用这种方案,步进电机控制系统的硬件组成非常简单,即由PLC、直流电源和大功率管子组成的驱动电路等组成,其结构框图如图2所示。整个系统具有结构简单、成本低廉、可靠性高、使用方便、通用性强等特点。

制、正反转切换控制、起停控制。根据实际的工作情况计算出相应的脉冲频率,继而计算出定时中断的设定值,建立控制常数表。在具体控制中,程序根据

选定的工作方式不断地从控制常数表中取出速度参数送给定时器,即可实现相应的控制功能。在一个实际的控制系统中,要根据负载的情况来选择步进电机。电机的启动频率、停止频率和输出转矩都要和负载的转动惯量相适应,有了这些数据,才能有效地对电机进行加减速控制。在PLC对步进电机的控制中,需要根据下面计算出3个参数:

脉冲当量=(步进电机步距角×螺距) (360×传动速比)

脉冲频率上限=(移动速度×步进电机细分数) 脉冲当量

最大脉冲数量=(移动距离×步进电机细分数) 脉冲当量

根据这3个参数,才能计算出相应的控制数据。

步进电机的控制以开环控制居多。如果用旋转编码器做速度或位置反馈,结合PLC的高速脉冲计数功能,就可实现闭环控制。

参考文献:

[1]李颖宏,郭栋.采用MSP430F149的步进电机通用控制器[J].微特

电机,2003(2):44-45.

[2]敬岚,朱海君,张硕成,等.步进电机控制系统的设计及其应用[J].核技术,2005(6):479-482.

[3]殷华文,于兆和,马志刚.PLC对步进电机的控制技术[J].组合机

床与自动化加工技术,2003(8):65-67.

[4]丁伟雄,杨定安,宋晓光.步进电机的控制原理及其单片机控制实

现[J].煤矿机械,2005(6):127-129.

[5]周忠辉.步进电机驱动的实现方法[J].仪表技术与传感器,2004(11):61-62.

[6]张颖.步进电机与交流伺服电机性能对比分析[J].农机化研究,

2004(3):98.

[7]陈曾汉,麦苗,万华强.多任务测控系统中的步进电机升降速控制

[J].微特电机,2003(4):31-32.

[8]黄赞.基于AT89C51单片机的步进电机伺服系统设计[J].机床与

液压,2004(3):48-50.

[9]李朝青.单片机原理与接口技术[M].北京:北京航空航天大学出

版社,2004.

[10]王玉琳.三相反应式步进电机的一种实用型驱动器[J].电力电

子技术,2005(3):71-73.

[11]刘清.一种控制步进电机转速的方法[J].微特电机,2004(1):47.[12]邱望标,罗杰,李政敏.基于PLC软件环分的步进电机高低压驱

动[J].煤矿机械,2005(2):91-93.

[13]王学永,用PLC主控单元直接控制步进电机的研究[J].新技术

新工艺,2002(12):2-3.

作者简介:李国厚(1968-),河南光山人,副教授,硕士,主要从

图2　控制系统的结构框图

事智能控制与计算机控制方面的应用研究和教学工作,电子信箱:liguohou6@.

在控制系统的工作过程中,根据具体要求确定

步进电机的工作方式(正反转)、加减速控制、恒速控

收稿日期:2007-07-11