步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)

1、步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解步進(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(dòng)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(dòng)軌跡的編程 通過本實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生對自動(dòng)化控制的熟悉和了解,鍛煉學(xué)生的動(dòng)手和實(shí)踐能力,實(shí)驗(yàn)器材和設(shè)備,PLC模塊計(jì)算機(jī) 一臺(tái) EM-300型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng) 一臺(tái) 一維工作臺(tái)(帶步進(jìn)電機(jī) =1.8) 一臺(tái) MPC07演示軟件 PLC應(yīng)用板(omron SYSMAC CPM2A) 一塊 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 一塊 霍爾傳感器 一個(gè) 多功能電源板 一塊 導(dǎo)線 若干,實(shí)驗(yàn)要求,能夠?qū)崿F(xiàn)以下工作循環(huán)過程(全自動(dòng)

2、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(tái)斷電后通電自動(dòng)復(fù)位功能，即任意位置能夠自動(dòng)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,實(shí)驗(yàn)儀器簡介,步進(jìn)電機(jī)是一種電脈沖信號(hào)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(hào)輸入時(shí)，步進(jìn)惦記就一步一步的轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)按其勵(lì)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,實(shí)驗(yàn)儀器簡

3、介,步進(jìn)電機(jī)是一種電脈沖信號(hào)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(hào)輸入時(shí)，步進(jìn)惦記就一步一步的轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)按其勵(lì)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,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(hào)的控制。每輸入以各脈沖信號(hào)，就變換以磁繞組的通電狀態(tài)，電機(jī)就相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)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)

4、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(lì)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(dòng)裝置從而達(dá)到精確制動(dòng)。 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,一、步進(jìn)電機(jī)概述,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(lì)磁繞組的相數(shù)的關(guān)系： （本實(shí)驗(yàn) =1.8） =360/mZK m步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)； Z轉(zhuǎn)子齒數(shù)；

5、 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=2,一、步進(jìn)電機(jī)概述,實(shí)驗(yàn)儀器簡介,MPC07主要適用于點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)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(hào)的監(jiān)控等等）；MPC07卡完成運(yùn)動(dòng)控制的所有細(xì)節(jié)（包括脈沖和方向信號(hào)的輸出、自動(dòng)升降速的處理、原點(diǎn)和限位等信號(hào)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)

6、運(yùn)動(dòng)軸的控制；每軸均可輸出脈沖和方向信號(hào)，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(hào)，以實(shí)現(xiàn)回原點(diǎn)、保護(hù)等功能，這些開關(guān)信號(hào)由MPC07卡自動(dòng)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,二、 MPC07運(yùn)動(dòng)控制卡的軟硬件,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)。 5 MPC07配備了功能強(qiáng)大、內(nèi)容豐富的Windows驅(qū)動(dòng)程序、DLL函數(shù)庫及示例程序。MPC07在插補(bǔ)算法和運(yùn)動(dòng)函數(shù)的執(zhí)行效率方面采用了更有

7、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(dòng)系統(tǒng)在完成各種運(yùn)動(dòng)時(shí)的性能特性。MPC07運(yùn)動(dòng)函數(shù)庫用于二次開發(fā)，用戶只要用VC或Visual Basic等支持Windows 標(biāo)準(zhǔn)32位動(dòng)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(dòng)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(dòng)生產(chǎn)線等。MPC07的運(yùn)動(dòng)函數(shù)庫能夠完成與運(yùn)動(dòng)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,二、 MPC07運(yùn)動(dòng)控制卡的軟

8、硬件,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(chǔ)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(dòng)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(chǔ)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),實(shí)驗(yàn)

9、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(shí)進(jìn)行預(yù)習(xí),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(tái)進(jìn)行編程控制。2、通過對MPC07運(yùn)動(dòng)控制卡進(jìn)行二次開發(fā)（VB編程）實(shí)現(xiàn)對一維工作臺(tái)的編程控制,實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容,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,當(dāng)執(zhí)行條件位ON時(shí),將數(shù)據(jù)S傳送到通道D

10、中,MOV/MOV(傳送指令,一）、PLC步進(jìn)電機(jī)控制,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(移位寄存器指令,一）、PLC步進(jìn)電機(jī)控制,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),設(shè)置脈沖指令PULS（65,一）、PLC步進(jìn)電機(jī)控制,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)

11、器復(fù)位，恢復(fù)到SV設(shè)定值,TIM定時(shí)器,一）、PLC步進(jìn)電機(jī)控制,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,速度輸出指令（SPED（64,一）、PLC步進(jìn)電機(jī)控制,實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容,P、C意義同上，P1：PV首字,模式控制（INI（61,一）、PLC步進(jìn)電機(jī)控制,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(tái)的快進(jìn)、工進(jìn)、快退。并觀察滑臺(tái)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,一）、PLC步進(jìn)電機(jī)控制,實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容,控制程序參數(shù)表,一）、PLC步進(jìn)電機(jī)控制,實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)

12、容,5、完成以上操作后，整理實(shí)驗(yàn)臺(tái)，并記錄整理數(shù)據(jù),一）、PLC步進(jìn)電機(jī)控制,實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容,二）、MPC07運(yùn)動(dòng)控制卡控制步進(jìn)電機(jī),連接EM-300型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)與一維工作臺(tái)，根據(jù)MPC07運(yùn)動(dòng)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(tái)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。 根據(jù)預(yù)習(xí)題1的內(nèi)容，編制運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)電源，將實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備歸位,思考題,本實(shí)驗(yàn)步進(jìn)電機(jī)每輸入一個(gè)脈沖，滑臺(tái)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(tái)的運(yùn)動(dòng)誤差的原

13、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(dòng)控制器的意義有何認(rèn)識(shí)？你對本實(shí)驗(yàn)有何心得體會(huì)？ 敘述運(yùn)動(dòng)控制程序的調(diào)試過程（VB編程）。 快退過程中，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(dòng)時(shí)有一個(gè)明顯的延遲（或者起動(dòng)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,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(dòng)控制卡操作手冊中的有關(guān)內(nèi)容： 運(yùn)動(dòng)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(shí)。 參考MPC07運(yùn)動(dòng)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(dòng)過程，在VB環(huán)境下編寫完成該運(yùn)動(dòng)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(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的控制程序，運(yùn)動(dòng)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)告要求： 通過對MPC07運(yùn)動(dòng)控