五项步进电动机的控制.doc

毕业设计（论文）学 院 专 业 姓 名 XX大学毕业设计（论文）任务书站名姓名 专业年级 设计（或论文）题目： 五相步进电动机控制完成日期： 年 月 日具体要求：1、要求对五相步进电动机五个绕组依次自动实现如下方式的循环通电控制：第一步：A-B-C-D-E第二步：A-AB-BC-CD-DE-EA第三步：AB-ABC-BC-BCD-CD-CDE-DE-DEA第四步：EA-ABC-BCD-CDE-DEA五相步进电动机的模拟控制的实验面板图：图所示五相步进电动机的模拟控制面板上图中，下框中的A、B、C、D、E分别接主机的输出点；SD接主机的输入点。上框中发光二极管的点亮与熄灭用以模拟步进电机五个绕组的导电状态。2、实现步进电动机正反转和调速控制。指导老师： 职称： 年 月 日前 言随着现代工业自动化的日益发展，电动机作为重要的电器元件，被广泛的应用在各种自动化控制系统中。步进电动机由于其具有易于电脑操作、步数误差小、精度高、使用系统时间长和成本低等优点，被广泛应用于工业控制中。其中五相混合式步进电机总体性能优于其它种类的步进电动机，是工业上应用最为广泛的步进电动机品种，被广泛的应用在各个领域中。所以对五相步进电动机实现自动化是工业自动化的必然趋势。打印机作为计算机的输出设备之一，运用步进电动机作为打印机的字车动力源和走纸机构，通过牵引机构将步进电动机的转动转变为走纸移动，可以实现打印纸的纵向移动，因其要求精度比较高，所以，打印机的走纸结构能够使用五相步进电动机来控制。对五相步进电动机的使用，工业中应用比较广泛，但大都应用于高精度的机床控制系统中，整个系统比较庞大，所以，本文以步进电动机在的打印机中的精密控制为背景介绍使用PLC控制五相步进电动机按照给定频率自动运行和自由调速的模拟控制方法。摘 要主要阐述了以五相步进电动机在针式打印机走纸结构中的应用为背景，介绍了一种用三菱FX-2N系列PLC实现对规格型号90BYG550A-0301的五相步进电动机控制的方法，利用PLC产生脉冲信号对五相步进电动机进行模拟控制，实现对五相步进电动机五个绕组的通电状态，达到五相步进电动机按照固定速度的循环自动运行的目的，并实现步进电动机正反转和调速控制。用PLC控制五相步进电动机驱动针式打印机的走纸结构控制纸张的进退，实现打印机的打印工作。基于PLC控制的步进电动机具有设计简单，实现方便，定位精度搞，参数设置灵活等有点，在工业过程控制中使用可靠性高，监控方便。本设计还包括步进电动机的工作原理和特点，PLC的主要功能和应用，各硬件软件元件的介绍选择以及控制程序的编程方法。关键字：五相步进电动机，PLC控制目 录一、设计课题分析- 1 -1.1 设计课题要求- 1 -1.2 设计课题的目的和应用- 1 -1.3 设计课题背景和工作环境- 2 -二、流程图和工作过程- 3 -2.1 五相步进电动机运行流程图- 3 -2.2 工作过程- 3 -三、方案选择- 6 -3.1 控制方案- 6 -3.2 选择方案- 6 -四、硬件选择- 8 -4.1 步进电动机介绍- 8 -4.2 五相步进电动机的选择- 14 -4.3 PLC的选择- 17 -4.4 变频器的选择- 23 -4.5 其它硬件设备的选择- 27 -五、软件选择- 28 -5.1 外部接线图- 28 -5.2 I/O分配表- 29 -5.3 程序梯形图- 29 -六、系统调试- 30 -6.1 调试步骤- 30 -6.2 调试过程的故障诊断- 30 -总 结- 32 -致 谢- 33 -参考文献- 34 -附 录- 35 -一、设计课题分析1.1 设计课题要求1、要求对五相步进电动机五个绕组依次自动实现如下方式的循环通电控制：第一步：A-B-C-D-E第二步：A-AB-BC-CD-DE-EA第三步：AB-ABC-BC-BCD-CD-CDE-DE-DEA第四步：EA-ABC-BCD-CDE-DEA五相步进电动机的模拟控制的实验面板图：图所示五相步进电动机的模拟控制面板上图中，下框中的A、B、C、D、E分别接主机的输出点；SD接主机的输入点。上框中发光二极管的点亮与熄灭用以模拟步进电机五个绕组的导电状态。2、实现步进电动机正反转和调速控制。1.2 设计课题的目的和应用通过PLC控制五相步进电动机的五个绕组线圈的通电状态自动实现固定设定方式的循环通电控制，并对五项步进电动机的速度进行调节。对固定频率的循环方式运动进行更方便、更精确的控制，以适应更多不同环境下的设备调速。在模拟控制面板中，自动控制设定方式所对应的绕组发光二极管的点亮熄灭，实现步进电动机的模拟控制。对五相步进电动机的运行方式进行自动化控制，可以让其能够应用于各种高精度自动化控制系统中。五相步进电动机可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制，由于其优良的性能，相比其他反应式步进电动机更适合应用在高精度、经济型数控车床和其他开环数控系统中。在各种自动化控制系统中具有运行稳定、高精度、低振动、低噪音等优点，被广泛应用在各种自动化控制和精密机械等领域。例如：仪器仪表、机床设备、打印机、绘图仪等。还被应用在各种家电产品中，例如：磁盘驱动器、玩具、雨刷、机械手臂和录像机等。本次设计将五相步进电动机应用在针式打印机中的走纸结构中，通过牵引机构将步进电动机的转动转变为走纸移动，实现打印纸的纵向移动。1.3 设计课题背景和工作环境依据现实情况，本文将五相步进电动机在针式打印机中的走纸结构中的应用作为背景进行模拟控制。以PLC发出脉冲信号控制五相步进电动机的自动控制实现打印机走纸结构在打印机工作中的运行控制方法。根据针式打印机的工作原理：主机送来的代码，经过打印机输入接口电路的处理后送至打印机的主控电路，在控制程序的控制下，产生字符或图形的编码，驱动打印头打印一列的点阵图形，同时字车横向运动，产生列间距或字间距，再打印下一列，逐列进行打印；一行打印完毕后，启动走纸机构进纸，产生行距，同时打印头回车换行，打印下一行。用PLC控制五相步进电动机驱动针式打印机的走纸结构控制纸张的进退，实现打印机的打印工作。本设计用PLC控制五相步进电动机五个绕组线圈的通电状态，实现五相步进电动机的自动调速控制，将其控制方式进行模拟控制。二、流程图和工作过程2.1 五相步进电动机运行流程图五相步进电动机运行方式分为半步运行和整步运行，半步运行时有十拍运行动作。而半步运行时则有五拍运行，而步进电动机的正转和反转不同的运行方式。五相步进电动机的这种运行方式使其具有更多的转动精度，根据五相步进电动机的工作流程可以做出其运行流程图。图见附录A根据课题要求，五相步进电动机需要按照课题给定的运行状态进行循环控制，所以需要设定五相步进电动机的通电顺序以达到课题的要求。五相步进电动机可以根据五个绕组线圈通电顺序的不同实现不同的运行频率，从而实现自动调速控制。所以，根据本次课题设计的要求，能够做出适合本次设计的运行流程图。图见附录B。2.2 工作过程在模拟控制面板中，五个绕组的通电状态会由发光二极管的点亮和熄灭进行模拟。按下启动按钮，系统开始工作，控制系统自动进行自检并检测步进电动机的运行方式，开始启动五相步进电动机，由五相步进电动机流程图可以看出，五相步进电动机的运行方式分为单五拍、单十拍和双五拍。系统自动按照预先设定好的通电方式给五相步进电动机的五个绕组进行通电，如程序设计流程图，每种通电方式通电时间均为1S，也就是说每相所对应的发光二极管的点亮时间就为1S，这样就可以从模拟面板中直观的看出五相步进电动机的运行状态。设计要求第一步A-B-C-D-E，程序启动，系统自检完成，检测步进电动机是否正转，运行是，步进电动机按照单五拍正转的运行方式进行循环工作。第一步工作完成，循环至A相通电完成后运行下一步，而下一步工作方式为双五拍在正转状态下，AB-BC-CD-DE-EA，在电动机在单五拍工作执行完A相导通后，会直接跳相至双五拍运行方式继续执行下一个状态，直至第二步循环至双五拍开始状态AB相通电，运行第三步工作状态，直接从双五拍跳相至单十拍状态下，才能按照要求第三步，AB-ABC-BC-BCD-CD-CDE-DE-DEA方式进行运行，电动机按照AB相同时通电，ABC相同时通电,BC相同时通电，BCD相同时通电，CD相同时通电，CDE相同时通电，DE相同时通电，DEA相同时通电的用电顺序进行通电运行，因为单十拍运行中电动机有十种运行状态，而控制要求中只有八种通电运行状态，所以在运行到DEA相同时通电完成后，根据系统预设的程序，电动机开始运行相第四步EA-ABC-BCD-CDE-DEA，运行完EA同时通电后，不运行EAB同时通电状态直接跳相到ABC同时通电类似跳相运行至DEA结束，程序运行一个循环结束，完成后自动跳转回系统设定的开始相继续运行。五相步进电动机的正反转，可以由开关进行控制，也可由变频器同事控制电动机的正反转和调速，程序给定的运行方式处于五相步进电动机的正转过程中，反转则与同样按照相反顺序进行循环自动控制。控制五相步进电动机的速度可以采用变频器的无极调速，改变输入脉冲的强弱来控制，也可以根据实际所需要的固定速度给定五相步进电动机的工作速度。五相步进电动机工作在打印机的送纸器上，根据所打印字的行距和字的大小，和打印所需纸张的长度，用步进电动机进行精密控制，在每行字打印完毕进行下一行工作时，步进电动机运行下一个运行状态，将纸张送进所能打印一行文字的距离，直至完成打印工作。三、方案选择3.1 控制方案五相步进电动机作为工业自动化的主要电气元件，它通其他步进电动机一样，也是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换为相应的角位移或线位移的伺服电动机。为了能够控制五相步进电动机，就必须给它一个电脉冲信号，目前，比较典型的控制方法有：1）用单片机产生脉冲序列来控制步进电动机单片机是集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器、计时器、显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路电路等功能集成到一块鬼片上构成的一个小而完善的计算机系统。单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。单片机具有体积小、功耗低、设计简单，程序编写简单，成本低等优点被广泛应用在各个中小型系统中。单片机可以产生脉冲序列给步进电动机输入的电脉冲信号，从而控制步进电动机的正反转运行，并可实现步进电动机的调速控制。2）用可编程控制器（PLC）产生脉冲信号来控制步进电动机可编程控制器（PLC）是采用微机技术的通用工业自动化装置，通常由主机、输入/输出接口、电源、编程器扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成，系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造。具有体积小，重量轻，能耗低,可靠性高，抗干扰能力强,功能完强等特点被广泛应用在工业自动化控制领域PLC能够根据系统程序的编写，产生脉冲信号，控制步进电动机，快速、方便、稳定、高精度的控制步进电动机的运行。3.2 选择方案单片机虽然体积小、成本低、运行方便，但是采用单片机空寂步进电动机，不仅需要设计复杂的控制程序和I/O接口电路，实现比较麻烦，而且对工业现场的恶劣环境适应性差，可靠性不高，控制精度也不高。基于PLC控制的步进电动机程序设计简单、实现方便、定位精度高、参数设置灵活，在工业过程控制中使用，可靠性高，监控方便，不受各种环境因素的影响。而且，在大专学习过程中，没有涉及到单片机使用方式的学习，只学习了PLC的编程和应用，以及对变频器的使用方法和应用。对单片机的使用编程方法不够明了。用变频器控制步进电动机进行调速变频器是应用变频技术和微电子技术，通过改变电动机工作的频率和振幅和幅度的方式来控制电动机的电力传动元件。集成了高压大功率晶体管技术和电子控制技术，得到广泛应用。能够方便按照设定参数进行控制电动机的速度，实现电动机的无极调速，具有参数设置灵活，使用快捷方便、简单实用易操作等特点。使用变频器可以对五相步进电动机的速度进行方便、快捷的调节，按照自己的需求调整步进电动机的运行速率，控制步进电动机的运行状态。所以，由于知识范畴的有限，在本次设计过程中，采用可编程控制器（PLC）来实现对五相步进电动机的控制。而对五相步进电动机电动机的调速控制则采用学习过程中比较方便快捷的变频器来控制。四、硬件选择本设计过程中使用到的硬件设备有：五相步进电动机、可编程控制器（PLC）、变频器、模拟控制面板以及控制开关和导线等。下面对使用到的硬件设备的型号和参数予以选择，以更好的实现设计要求的目标。4.1 步进电动机介绍4.1.1 步进电动机发展历程步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机，它是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换为相应的角位移或线位移的伺服电动机。它可以看作是一种特殊运行方式的同步电动机，由专用电源给定电脉冲，每输入一个电脉冲，步进电动机就移动一步，所以称为步进电动机。又因其绕组上所加的电源式脉冲，又是 也称它为脉冲电动机。它可以定义为：根据输入的脉冲信号，每改变一次励磁状态就前进一定角度（长度），若不改变励磁状态就保持一定的位置而静止的电动机。当采用适当的控制时步进电动机的输出步数总是和输入指令的脉冲数相等。每个脉冲使转轴进位一个步距增量，并依靠磁性将转轴准确锁定在所进位的步距位置上。步进电动机受电脉冲信号控制，它的直线位移量和角位移量与电脉冲数成正比，所以电动机的线速度或转速也与脉冲频率成正比，通过改变电脉冲频率的高低就可以在很大范围内调节电动机的转速，并能快速启动、制动和反转。所以，电动机步距角和转速大小都不受负载变化和电压波动的影响，也不受环境条件如气压、冲击、温度和震动等影响。它每转一周都有固定的步数，在不丢步的情况下运行，其步距误差不会长期积累。这些特点是它广泛使用于数字控制的开环系统中，并使整个系统大为简化而又运行可靠。20世纪60年代后期，随着永磁材料的发展，各种实用性步进电机应运而生，而半导体技术的发展则推动了步进电动机在众多领域的应用。近20年来，步进电动机驱动技术和电动机结构都得到了很大的发展，逐渐形成以混合式和反应式为主的产品格局。混合式步进电动机是在永磁感应子式同步电动机的基础上发展起来的，因而其性能更好。国外步进电动机研究较早，步进电动机驱动技术的研究成果也很多，其中，60年代GE公司申请了四相(两相)混合式步进电动机专利，70年代中期德国的BL公司申请了五项步进电动机的驱动器的专利，发展了性能更高的混合式步进电动机系统。近年来，国外许多厂商相继推出了多种步进电动机控制与芯片和多种不同功率等级的功率模块，仅由几个专用芯片和一个功率模块就可以构成一个功率齐全、性能优异的步进电动机驱动器。国外所采用的集成技术涉及到了微电子技术、集成电路加工技术、电力电子技术的前沿。我国步进电动机的研究和制造始于上世纪50年代后期，对步进电动机精确模型也做了大量研究工作，理论研究方面比较成熟，发展和形成了比较完善的基础理论和设计方法，产品种类已经系列化，指标已接近、达到国外同类铲平水平。如今，各种各种步进电动机和驱动器作为产品被广泛应用。步进电动机作为一种数字伺服执行元件，具有结构简单、运行可靠、控制性能好、控制方便等优点，广泛应用在数控机床、机器人、自动化仪表等领域。4.1.2 步进电动机的工作原理步进电动机的工作原理是基于电磁感应原理。根据机电能量转换原理，步进电动机与通常的的交流或直流电动机无异，是将电能变成机械能的电磁元件。但它的运行原理等方面存在特殊性步进电动机和一般旋转电机一样，分为定子和转子两大部分。定子由硅钢片叠成，装上一定相数的控制绕组，输入电脉冲对多相定子绕组进行励磁；转子用硅钢片叠成或用软磁性材料做成凸极结构，转子本身没有励磁绕组的成为“反应式”步进电动机，用永久磁铁做转子的成为“永磁式”步进电动机。4.1.3 步进电动机的分类1从结构特点分类，一般常用的步进电动机有以下几种类型：1）反应式步进电动机（VR型）定子绕组至少有三组磁极，每对磁极上装有控制绕组，转子式一个带齿的铁芯，无任何绕组，定转子绕组均由软磁材冲片叠装而成。它的结构简单，成本低，步距角可以做的很小，但动态性能较差。反应式步进电动机有单段式和多段式两种类型。反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。2）永磁式步进电动机（PM型）定子磁极上装有多相控制绕组，转子由永久磁铁支撑，转子极数与每相绕组极数相同，所以一般步距角比较大。它的输出转矩大，动态性能好，消耗功率小（相比反应式步进电动机），但启动运行频率比较低，还需要正负脉冲供电。3）混合式步进电动机（HB型）定子磁极上装有多相控制绕组，转子由环形磁钢和两段铁芯组成，环形磁钢在转子中部，轴向充磁，二段铁芯分别装在磁钢的两端，二段铁芯上的小迟相互错看半个齿距。混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。混合式与传统的反应式相比，转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供软磁材料工作点的耗能，因此该电动机效率高，电流小，发热低。因永磁体的存在，该电动机具有较强的反电势，其自身阻尼作用比较好，使其在运转过程中比较平稳、噪声低、振动小。它又分为两相和五相。两相步进角一般分为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。 2按输出转矩的大小可以分为：1）快速步进电动机电动机的输出转矩一般为0.074Nm，可以控制小型精密机床的工作台，例如：线切割机床。2）功率步进电动机电动机的输出转矩一般为540Nm,可以直接驱动机床的移动部件。此外，按励磁相数可分为三相、四相、五相、六相、等等。相数越多，步距角越小，但结构越复杂。按运动方式分为旋转运动、直线运动、平面运动等。按定子排列还可分为径向式（单段式）和轴向（多段式），轴向式的转动惯量小，快速性和稳定性好，功率步进电动机多为轴向式。4.1.4 步进电动机的特点1）位置及速度控制：步进电动机在停止状态下（无脉冲信号输入时），仍具有激磁保持力，故即使不依靠机械式的刹车，也能做到停止位置的保持；2）高精度的定位：步进电动机最大特征即是能够简单地做到高精度的定位控制；3）中低数时具备高转矩：步进电动机在中低速时具有较大的转矩，能够较同级伺服电动机提供更大的扭力输出；4）小型、高功率：步进电动机体积小，扭力大，尽管在狭窄的空间内，仍可顺利安装，并提供高转矩输出。5) 开回路控制：步进电动机的控制系统结构简单，不需要速度感应器和位置传感器，按输入的脉冲来对转子的速度及位置进行控制；6）动作灵敏：步进电动机因为加速性能优越，所以能做到瞬时起动、停止、快速正反转和频繁的定位动作；7）误差不积累：步进电动机每走一步的实际步距与理论值总有误差，走任意步后也总有误差，但是因每转一圈的累积误差为零，所以步距误差是不累积的。一般步进电动机的精度为步进角的3-5%，且不累积；8）步距角选择范围大：步进电动机可以在几十角分至180大范围的选择，在小步距的情况下，通常可以在超低速下高转矩稳定运行，通常可以不经减速器直接驱动负载。9）外表温度：步进电机外表允许的最高温度取决于不同电机磁性材料的退磁点。步进电机温度过高时会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。10）步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。11）步进电机低速时可以正常运转，但若高于一定速度就无法启动，并伴有啸叫声。步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。 步进电动机的缺点是效率较低，并且需要配上适当的驱动电源；带负载惯量的能力不强；综合而言：1）由于电动机中没有形成一个统一的大小不随时间变化的磁场，所以在开关每相绕组时总存在很大电感。电动机的电气时间常数和机械时间常数都比较大。2）步进电动机在低速时易出现低频振荡现象。这中由步进电动机工作原理所决定的低频振荡现象对于机器的正常运转是非常不利的。3）步进电动机在控制基本采用开环控制方式，启动频率或负载过大时易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲现象。4）步进电动机的效率和容量都非常低，步进电动机的速度响应能力差。5）由于步进电动机一般不具有过载能力，在选型时为了克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电机，而机器在正常工作过程中友不需要那么大的转矩，便出现力矩浪费的现象。4.1.5 步进电动机的应用经过长期的发展，步进电动机的应用已渗透到数字控制的各个领域，尤其在数控机械中广泛应用了其开环控制的特点。近年来，随着微电子技术、大功率电力电子期间及驱动技术的进步，步进电动机在办公自动化机器、工业机械和计算及外设等领域作为控制用电动机和驱动用电动机被广泛使用。步进电机可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。步进电机作为制执行元件，是电气自动化的关键产品之一,广泛应用在各种家电产品中，例如打印机、磁盘驱动器、玩具、雨刷、震动寻呼机、机械手臂和录像机等。另外步进电机也广泛应用在各种自动化控制系统和精密机械等领域。例如，在仪器仪表，机床设备以及计算机的外围设备中（如打印机和绘图仪等），凡需要对转角进行精确控制的情况下，使用步进电机最为理想。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。 步进电机和普通电机的区别主要就在于其脉冲驱动的形式，正是这个特点，步进电机可以和现代的数字控制技术相结合。不过步进电机在控制的精度、速度变化范围、低速性能方面都不如传统的闭环控制的直流伺服电动机。在精度不是需要特别高的场合就可以使用步进电机，步进电机可以发挥其结构简单、可靠性高和成本低的特点。使用恰当的时候，甚至可以和直流伺服电动机性能相媲美。 步进电机广泛应用在生产实践的各个领域。它最大的应用是在数控机床的制造中，因为步进电机不需要A/D转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，所以被认为是理想的数控机床的执行元件。早期的步进电机输出转矩比较小，无法满足需要，在使用中和液压扭矩放大器一同组成液压脉冲马达。随着步进电动机技术的发展，步进电动机已经能够单独在系统上进行使用，成为了不可替代的执行元件。比如步进电动机用作数控铣床进给伺服机构的驱动电动机，在这个应用中，步进电动机可以同时完成两个工作，其一是传递转矩，其二是传递信息。步进电机也可以作为数控蜗杆砂轮磨边机同步系统的驱动电动机。除了在数控机床上的应用，步进电机也可以并用在其他的机械上，比如作为自动送料机中的马达，作为通用的软盘驱动器的马达，也可以应用在打印机和绘图仪中。 步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。4.1.6 步进电动机的基本参数1.电机固有步距角：它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值，如86BYG250A型电机给出的值为0。9/1。8（表示半步工作时为0。9、整步工作时为1。8），这个步距角可以称之为电机固有步距角，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。2.保持转矩：是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。比如，当人们说2N。m的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N。m的步进电机。3.步进电机的相数：是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为0。9/1。8、三相的为0。75/1。5、五相的为0。36/0。72 。在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器，则相数将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。4.钳制转矩：是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。DETENT TORQUE 在国内没有统一的翻译方式，容易使大家产生误解；由于反应式步进电机的转子不是永磁材料，所以它没有DETENT TORQUE。5.精度通常指的是最大步距误差，步进电动机每转一圈的累积误差是零，所以系统位置误差无积累。6.启动频率启动频率又称为最高启动频率和空载启动频率，指电动机空载和启动时均无失步的坐高频率。启动频率与负载的大小和性能有关，运行频率又称连续频率，是指频率连续上升时，电动机不失步的最高频率。7.加减速特性步进电动机的加减速特性是描述步进电动机由静止到工作频率和由工作频率到静止的加减速过程中，定子绕组通电状态的变化频率与时间的关系。当要求步进电动机启动到大于突跳频率的工作频率而静止时，变化速度必须逐渐下降。逐渐上升和下降的时间不能太小，否则会出现失步或超步。4.1.7 步进电动机的技术指标步进电动机技术指标实例，步进电动机的型号表示方法举例如下：（不用生产厂家其表示方法也有所不同）1.反应式步进电动机：（如150BF003） XXX BF XXX 电动机外径（mm） 反应式步进电动机 励磁绕组相数或代号2.混合式步进电动机：（如42BYG008） XXX BYG XXX 电动机外径（mm） 混合式步进电动机 励磁绕组相数或代号 3.永磁式步进电动机： XXX BY XXX 电动机外径（mm） 永磁式步进电动机 励磁绕组相数或代号4.2 五相步进电动机的选择4.2.1 五相混合式步进电动机基本结构及特点混合式步进电动机由定子和转子两部分组成，定子由磁极和绕组组成，各相绕组分别绕在相应的两个磁极上，且这两个磁极的极性是相同的。定子结构即分成若干极，极上有小齿及控制线圈，定子铁芯由硅钢片叠压而成。转子由环形磁钢和转子铁芯组成，环形磁钢在中部，轴向充磁，转子铁芯装在磁钢两端。混合式步进电动机又称感应子式同步电动机，“混合式”这个名词的由来是因为这种电动机在永磁体和变磁阻原理下共同作用下的。这种电动机最初是作为一种驱动的交流的同步两相的同步电动机而设计的，后来发现如果各相绕组通以直流脉冲，这种电动机也能作步进增量运动。由于它是反应式和永磁式步进电动机的结合，可以做成像反应式一样的小步距，也具有永磁式控制功率小的优点，兼有以上两种步进电动机的优点和效率较高等其他有点，是现在工业上应用最为广泛的步进电动机。五相混合式步进电动机由于其优良的性能和其结构上的独特优势，在各种自动化系统中具有高精度、低振动、低噪音等优点，与常见的反应式步进电动机和四相混合式步进电动机相比，更适合与在经济型数控机床和其他开环数控系统中应用，适应于雕刻机、印刷机、数控机床、包装机等自动化设备仪器上。并且随着微电子和计算机技术的发展，在自动化控制、精密机械加工、航空航天技术以及所有要求高精度定位、自动记录、自动瞄准等高薪技术领域内，对电机的性能要求也越来越高。五相步进电动机与两相步进电动机相比，结构上没有原则上的区别，主要是增加了相数，定子一般为10个级，最典型的转子齿数为50，整步方式运行时，每转步数为N=500,或者步距角b=0.72,比起两相步进电动机运行特征显著提高，主要好处在于：分辨率高；启动停止频率提高；运行频率域增宽；振动的趋势减弱，噪声下降，运行平稳增加；定位转矩见笑。不足之处是功率驱动电路相应增加了相数，制造比较复杂，因而混合式步进电动机的成本相对较高，其次虽然混合式步进电动机共振区不明显，振荡较小，但依然影响性能。五相步进电动机在低频共振时的特点，其运行距频特性均因存在低频共振而出现下凹现象，所以，步进电动机直接启动的频率是一有限值。如果实际运行的频率大于这一有效值，步进电动机直接运行就会出现失步现象。因此，要是步进电动机在告诉下运行，必须以低速启动，然后再慢慢加速到高速，同样，步进电动机不能在高速运行状态下突然停止，否则，由于惯性作用，而可能出现过冲现象，所以要以高速降到低速，最后才能可靠的停止。要满足这两种工作过程的要求，步进电动机就必须采用变速方式工作，即升降速处理方式，这也是提高步进电动机启停频率的关键，可见，步进电动机驱动程序应解决脉冲分配、运转方向和步数控制以及升降处理等。4.2.2 五相步进电动机的基本参数1）五相步进电动机的相数是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同由五相步进电动机的结构可以看出，五相步进电动机的相数为M为5相，转子齿数Z为50个小齿2)五相步进电动机的步距角：它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。五相步进电动机的步距角b=0.36/0.723)五相步进电动机的保持转矩：是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。五相步进电动机的保持转矩，根据不同的型号所制造出的步进电动机的保持转矩有所不同。在此次设计中，根据五相步进电动机的工作环境要求，工作打印机送纸器中，所以选择保持力矩为2N.m4）五相步进电动机其他参数：五相步进电动机相电流均为3A 。转动惯性根据其保持转矩的不同有所不同，根据此次设计的方案选择，五相步进电动机的转动惯性为2300g.cm.重量和体积越小越好，所以均选择最小的规格的重量和外形尺寸。5）五相步进电动机驱动器步进电机必须加驱动才可以运转，驱动型号必须为脉冲信号，没有脉冲的时候，步进电机静止如果加入适当的脉冲信号，就会以一定的角度（称为步角）转动。转动的速度和脉冲的频率成正比。在此次设计中采用PLC直接控制产生脉冲信号的方式来驱动五相步进电动机的运转。4.2.3 五相步进电动机型号的选择综上所述五相步进电动机的基本参数，根据设计要求的工作环境需要，以及经济和各种因素，在本次设计中选择规格型号为90BYG550A-0301，步距角b=0.36/0.72，保持转矩为2N.m，转动惯性为2300g.cm，重量为2.2Kg，外形尺寸为92*92*75的五相步进电动机。适合这种型号的五相步进电动机的驱动器规格型号为SH-50806B。基本参数为：额定电压为80VAC，额定输出电流为6A，可以整步和半步运行，指令脉冲方式为单/双脉冲，控制幅值信号为5V，具有过流和过压保护功能。在本设计中使用PLC直接产生脉冲信号控制五相步进电动机的模拟运转。4.3 PLC的选择4.3.1 可编程控制器简介可编程控制器是采用微机技术的通用工业自动化装置，近几年来，在国内已得到迅速推广普及。正改变着工厂自动控制的面貌，对传统的技术改造、发展新型工业具有重大的实际意义。可编程控制器是60年代末在美国首先出现的，当时叫可编程逻辑控制器，目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。其基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象，将控制内容写入控制器的用户程序内，控制器和被控对象连接也很方便。 随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到70年代中期以后，已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的已不再是仅有逻辑判断功能，还同时具有数据处理、调节和数据通信功能。可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的普及推广应用。可编程序控制器简称PC。但由于PC容易和个人计算机混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序的编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。